문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 미분법

이계도함수와 오목·볼록

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

CLP-1 · 2.14절 · 7번우리말 번역

단위원은 x2+y2=1x^2+y^2=1 을 만족하는 모든 점으로 이루어진다. d2ydx2\displaystyle \frac{\mathrm{d}^2y}{\mathrm{d}{x}^2} 을 yy 에 대한 식으로 나타내세요.

영어 원문 보기

The unit circle consists of all point x2+y2=1x^2+y^2=1. Give an expression for d2ydx2\displaystyle \frac{\mathrm{d}^2y}{\mathrm{d}{x}^2} in terms of yy.

정답·풀이 보기

음함수 미분을 두 번 사용한다.

2x+2yy′=02+(2y)y′′+(2y′)y′=0y′′=−(y′)2+1y따라서 y′ 에 대한 식이 필요하다. 식 2x+2yy′=0 으로부터 y′=−xy 임을 알 수 있다:y′′=−(−xy)2+1y=−x2y2+1y=−x2+y2y3=−1y3\begin{aligned} 2x+2yy'&=0\\ 2+(2y)y''+(2y')y'&=0\\ y''&=-\frac{(y')^2+1}{y} \\ \text{따라서 $y'$ 에 대한 식이 필요하다. 식 $2x+2yy'=0$ 으로부터 $y'=-\dfrac{x}{y}$ 임을 알 수 있다:} \\ y''&=-\frac{\left(-\frac{x}{y}\right)^2+1}{y}\\ &=-\frac{\frac{x^2}{y^2}+1}{y}\\ &=-\frac{x^2+y^2}{y^3}\\ &=-\frac{1}{y^3} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use implicit differentiation, twice.

2x+2yy′=02+(2y)y′′+(2y′)y′=0y′′=−(y′)2+1ySo, we need an expression for y′. We use the equation 2x+2yy′=0 to conclude y′=−xy:y′′=−(−xy)2+1y=−x2y2+1y=−x2+y2y3=−1y3\begin{aligned} 2x+2yy'&=0\\ 2+(2y)y''+(2y')y'&=0\\ y''&=-\frac{(y')^2+1}{y} \\ \text{So, we need an expression for $y'$. We use the equation $2x+2yy'=0$ to conclude $y'=-\dfrac{x}{y}$:} \\ y''&=-\frac{\left(-\frac{x}{y}\right)^2+1}{y}\\ &=-\frac{\frac{x^2}{y^2}+1}{y}\\ &=-\frac{x^2+y^2}{y^3}\\ &=-\frac{1}{y^3} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-1 · 2.14절 · 6번우리말 번역

d2dx2{arctan⁡x}\displaystyle \frac{\mathrm{d}^2}{\mathrm{d}{x}^2}\{\arctan x\} 의 값을 구하세요.

다 풀었으면 정답 확인

ddx{arctan⁡x}=11+x2ddx{11+x2}=ddx{(1+x2)−1}=(−1)(1+x2)−2(2x)=−2x(1+x2)2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\arctan x\}&=\frac{1}{1+x^2}\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{1}{1+x^2}\right\}&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{(1+x^2)^{-1}\right\}\\ &=(-1)(1+x^2)^{-2}(2x)\\&=\frac{-2x}{(1+x^2)^2} \end{aligned}

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