문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 미분법

지수함수와 로그함수의 미분

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

CLP-1 · 2.7절 · 2번우리말 번역

아래 그래프는 지수함수 f(x)=axf(x)=a^x 와 그 도함수 f′(x)f'(x) 를 나타낸 것입니다. 상수 aa 를 설명하는 보기를 모두 고르세요. (a) a<0(b) a>0(c) a<1(d) a>1(e) a<e(f) a>e(a)~a<0\qquad(b)~a>0\qquad\qquad(c)~a<1\qquad(d)~a>1\qquad\qquad(e)~a<e\qquad(f)~a>e

그림

영어 원문 보기

The graph below shows an exponential function f(x)=axf(x)=a^x and its derivative f′(x)f'(x). Choose all the options that describe the constant aa. (a) a<0(b) a>0(c) a<1(d) a>1(e) a<e(f) a>e(a)~a<0\qquad(b)~a>0\qquad\qquad(c)~a<1\qquad(d)~a>1\qquad\qquad(e)~a<e\qquad(f)~a>e

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정답·풀이 보기

먼저 aa 가 1보다 큰지 작은지에 따라 지수함수 axa^x 가 어떻게 변하는지 살펴보자. 알다시피 lim⁡x→∞ax={∞a>10a<1\displaystyle \lim_{x\to\infty}a^x=\left\{\begin{array}{ll} \infty & a>1\\0&a<1 \end{array}\right. 이고 lim⁡x→−∞ax={0a>1∞a<1\displaystyle \lim_{x\to-\infty}a^x=\left\{\begin{array}{ll} 0 & a>1\\\infty&a<1 \end{array}\right. 이다. 주어진 함수는 lim⁡x→∞f(x)=∞\displaystyle \lim_{x \to \infty} f(x)=\infty 이고 lim⁡x→−∞f(x)=0\displaystyle \lim_{x \to -\infty} f(x)=0 이므로 a>1a>1 이다. 따라서 (d)(d) 가 성립하고 (b)(b) 도 성립한다. (axa^x 가 모든 실수에서 정의되므로 (b)(b) 가 성립함을 알 수도 있다.)

이제 aa 가 ee 보다 큰지 작은지 판단해야 한다. (aa 가 ee 와 같다면 f′(x)f'(x) 는 f(x)f(x) 와 같을 것이다.) 본문에서 함수 C(a)=lim⁡h→0ah−1hC(a)=\displaystyle \lim_{h \to 0} \dfrac{a^h-1}{h} 에 대해 ddx{ax}=C(a)ax\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{a^x\}=C(a)a^x 임을 보았다. C(e)=1C(e)=1 임을 안다. (사실 ee 는 이 성질을 갖는 수로 정한 것이다.) 그래프에서 f′(x)<f(x)f'(x)<f(x) 임을 알 수 있으므로 C(a)<1=C(e)C(a)<1=C(e) 이다. 즉 lim⁡h→0ah−1h<lim⁡h→0eh−1h\displaystyle \lim_{h \to 0} \dfrac{a^h-1}{h}<\displaystyle \lim_{h \to 0} \dfrac{e^h-1}{h} 이므로 a<ea<e 이다. 따라서 (e)(e) 가 성립한다.

원본 교재 풀이(영어)

First, let's consider the behaviour of exponential functions axa^x based on whether aa is greater or less than 1. As we know, lim⁡x→∞ax={∞a>10a<1\displaystyle \lim_{x\to\infty}a^x=\left\{\begin{array}{ll} \infty & a>1\\0&a<1 \end{array}\right. and lim⁡x→−∞ax={0a>1∞a<1\displaystyle \lim_{x\to-\infty}a^x=\left\{\begin{array}{ll} 0 & a>1\\\infty&a<1 \end{array}\right.. Our function has lim⁡x→∞f(x)=∞\displaystyle \lim_{x \to \infty} f(x)=\infty and lim⁡x→−∞f(x)=0\displaystyle \lim_{x \to -\infty} f(x)=0, so we conclude a>1a>1: thus (d)(d) and also (b)(b) hold. (We could have also seen that (b)(b) holds because axa^x is defined for all real numbers.)

It remains to decide whether aa is greater or less than ee. (If aa were equal to ee, then f′(x)f'(x) would be the same as f(x)f(x).) We saw in the text that ddx{ax}=C(a)ax\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{a^x\}=C(a)a^x for the function C(a)=lim⁡h→0ah−1hC(a)=\displaystyle \lim_{h \to 0} \dfrac{a^h-1}{h}. We know that C(e)=1C(e)=1. (Actually, we chose ee to be the number that has this property.) From our graph, we see that f′(x)<f(x)f'(x)<f(x), so C(a)<1=C(e)C(a)<1=C(e). In other words, lim⁡h→0ah−1h<lim⁡h→0eh−1h\displaystyle \lim_{h \to 0} \dfrac{a^h-1}{h}<\displaystyle \lim_{h \to 0} \dfrac{e^h-1}{h}; so, a<ea<e. Thus (e)(e) holds.

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-1 · 2.7절 · 5번우리말 번역

f(x)=ex2xf(x)=\dfrac{e^{x}}{2x} 의 도함수를 구하세요.

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다 풀었으면 정답 확인

몫의 미분법을 이용하면,

f′(x)=2xex−2ex4x2=ex(2x−2)4x2=(x−1)ex2x2\begin{aligned} f'(x)=\frac{2xe^x-2e^x}{4x^2}=\frac{e^x(2x-2)}{4x^2}=\frac{(x-1)e^x}{2x^2} \end{aligned}

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