문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 미분법

지수함수와 로그함수의 미분

먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.

CLP-1 · 2.10절 · 28번우리말 번역

f(x)=xcos⁡3(x)f(x)= x^{\cos^3(x)} 이라 하자. 단, 정의역은 (0,∞)(0,\infty) 이다. f′(x)f'(x) 를 구하세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=xcos⁡3(x)f(x)= x^{\cos^3(x)}, with domain (0,∞)(0,\infty). Find f′(x)f'(x).

정답·풀이 보기

로그미분법을 사용한다. 따라서 함수를 다음과 같이 바꾸어 생각한다.

log⁡f(x)=log⁡(x)⋅cos⁡3(x)미분하면 다음을 얻는다:f′(x)f(x)=ddx{log⁡(x)⋅cos⁡3(x)}=3cos⁡2(x)⋅(−sin⁡(x))⋅log⁡(x)+cos⁡3(x)x마지막으로 f′(x) 에 대해 풀면:f′(x)=f(x)⋅(−3cos⁡2(x)sin⁡(x)log⁡(x)+cos⁡3(x)x)=xcos⁡3(x)⋅(−3cos⁡2(x)sin⁡(x)log⁡(x)+cos⁡3(x)x)\begin{aligned} \log f(x) &= \log(x) \cdot \cos^3(x) \\ \text{미분하면 다음을 얻는다:} \\ \dfrac{f'(x)}{f(x)} &= \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \left\{ \log(x) \cdot \cos^3(x) \right\} = 3\cos^2(x)\cdot (-\sin(x)) \cdot \log(x) + \frac{\cos^3(x)}{x} \\ \text{마지막으로 $f'(x)$ 에 대해 풀면:} \\ f'(x) &= f(x) \cdot \left( -3\cos^2(x)\sin(x) \log(x) + \frac{\cos^3(x)}{x} \right) \\ &= x^{\cos^3(x)} \cdot \left( -3\cos^2(x)\sin(x) \log(x) + \frac{\cos^3(x)}{x} \right) \end{aligned}

참고: 음수가 지수식의 밑일 때에는 복잡하게 행동한다. 예를 들어 식 (−1)x(-1)^x 은 xx 가 홀수의 역수일 때(예: x=15x=\frac{1}{5} 또는 x=17x=\frac{1}{7})는 정의되지만, xx 가 짝수의 역수일 때(예: x=12x=\frac{1}{2})는 정의되지 않는다. f(x)f(x) 의 정의역을 xx 가 항상 양수가 되도록 제한했으므로 이러한 복잡한 문제를 피할 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

We use logarithmic differentiation; so we modify our function to consider

log⁡f(x)=log⁡(x)⋅cos⁡3(x)Differentiating, we find:f′(x)f(x)=ddx{log⁡(x)⋅cos⁡3(x)}=3cos⁡2(x)⋅(−sin⁡(x))⋅log⁡(x)+cos⁡3(x)xFinally, we solve for f′(x):f′(x)=f(x)⋅(−3cos⁡2(x)sin⁡(x)log⁡(x)+cos⁡3(x)x)=xcos⁡3(x)⋅(−3cos⁡2(x)sin⁡(x)log⁡(x)+cos⁡3(x)x)\begin{aligned} \log f(x) &= \log(x) \cdot \cos^3(x) \\ \text{Differentiating, we find:} \\ \dfrac{f'(x)}{f(x)} &= \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \left\{ \log(x) \cdot \cos^3(x) \right\} = 3\cos^2(x)\cdot (-\sin(x)) \cdot \log(x) + \frac{\cos^3(x)}{x} \\ \text{Finally, we solve for $f'(x)$:} \\ f'(x) &= f(x) \cdot \left( -3\cos^2(x)\sin(x) \log(x) + \frac{\cos^3(x)}{x} \right) \\ &= x^{\cos^3(x)} \cdot \left( -3\cos^2(x)\sin(x) \log(x) + \frac{\cos^3(x)}{x} \right) \end{aligned}

Remark: negative numbers behave in a complicated manner when they are the base of an exponential expression. For example, the expression (−1)x(-1)^x is defined when xx is the reciprocal of an odd number (like x=15x=\frac{1}{5} or x=17x=\frac{1}{7}), but not when xx is the reciprocal of an even number (like x=12x=\frac{1}{2}). Since the domain of f(x)f(x) was restricted so that xx is always positive, we avoid these complications.

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-1 · 2.10절 · 16번우리말 번역

함수 f(x)=log⁡((x2+5)3x4+10)f(x) = \log\left(\sqrt{\dfrac{(x^2+5)^3}{x^4+10}}\right)의 도함수를 구하세요.

다 풀었으면 정답 확인

먼저 간단히 하면 다음과 같다:

f(x)=log⁡((x2+5)3x4+10)=log⁡(((x2+5)3x4+10)1/2)=12log⁡((x2+5)3x4+10)=12[log⁡((x2+5)3)−log⁡(x4+10)]=12[3log⁡((x2+5))−log⁡(x4+10)]이제 연쇄법칙을 이용하여 미분한다:f′(x)=12[32xx2+5−4x3x4+10]=3xx2+5−2x3x4+10\begin{aligned} f(x) &= \log\left(\sqrt{\dfrac{(x^2+5)^3}{x^4+10}}\right)\\ &=\log\left(\left({\dfrac{(x^2+5)^3}{x^4+10}}\right)^{1/2}\right)\\ &=\frac{1}{2}\log\left(\dfrac{(x^2+5)^3}{x^4+10}\right)\\ &=\frac{1}{2}\left[\log\left({(x^2+5)^3}\right)-\log({x^4+10})\right] \\ &=\frac{1}{2}\left[3\log\left({(x^2+5)}\right)-\log({x^4+10})\right] \\ \text{이제 연쇄법칙을 이용하여 미분한다:} \\ f'(x)&=\frac{1}{2}\left[ 3\frac{2x}{x^2+5}-\frac{4x^3}{x^4+10} \right]\\ &=\frac{3x}{x^2+5}-\frac{2x^3}{x^4+10} \end{aligned}

참고: log⁡(x2+4)\log(x^2+4)를 log⁡(x2)+log⁡(4)\log(x^2)+\log(4)로 쓰는 것은 흔한 실수이다. 이 두 식은 서로 같지 않다!

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# 지수함수와 로그함수의 미분계산보통자동 분류

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