문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 미분법

이계도함수와 오목·볼록

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

CLP-1 · 3.6절 · 4번우리말 번역

함수 f(x)=3x5−5x4+13xf(x)=3x^5-5x^4+13x 의 그래프에서 모든 변곡점을 구하세요.

영어 원문 보기

Find all inflection points for the graph of f(x)=3x5−5x4+13xf(x)=3x^5-5x^4+13x.

정답·풀이 보기

변곡점은 f′′(x)f''(x) 의 부호가 바뀌는 곳에서 생긴다. f(x)f(x) 는 다항식이므로 1계도함수와 2계도함수가 모든 곳에서 존재하고, 이들도 다항식이다. 구체적으로,

f(x)=3x5−5x4+13xf′(x)=15x4−20x3+13f′′(x)=60x3−60x2=60x2(x−1)\begin{aligned}f(x)&=3x^5-5x^4+13x\\ f'(x)&=15x^4-20x^3+13\\ f''(x)&=60x^3-60x^2=60x^2(x-1) \end{aligned}

2계도함수는 x<1x<1 에서 음수이고 x>1x>1 에서 양수이다. 따라서 x=1, y=11x=1,\ y=11 에서 볼록한 방향이 위로 볼록과 아래로 볼록 사이에서 바뀐다.

변곡점은 이것뿐이다. f′′(0)=0f''(0)=0 이지만, xx 가 0보다 조금 큰 값이든 조금 작은 값이든 f′′(x)<0f''(x)<0 이므로 x=0x=0 에서는 볼록한 방향이 바뀌지 않는다.

원본 교재 풀이(영어)

Inflection points occur where f′′(x)f''(x) changes sign. Since f(x)f(x) is a polynomial, its first and second derivatives exist everywhere, and are themselves polynomials. In particular,

f(x)=3x5−5x4+13xf′(x)=15x4−20x3+13f′′(x)=60x3−60x2=60x2(x−1)\begin{aligned}f(x)&=3x^5-5x^4+13x\\ f'(x)&=15x^4-20x^3+13\\ f''(x)&=60x^3-60x^2=60x^2(x-1) \end{aligned}

The second derivative is negative for x<1x<1 and positive for x>1x>1. Thus the concavity changes between concave up and concave down at x=1, y=11x=1,\ y=11.

This is the only inflection point. It is true that f′′(0)=0f''(0)=0, but for values of xx both a little larger than and a little smaller than 0, f′′(x)<0f''(x)<0, so the concavity does not change at x=0x=0.

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-1 · 3.6절 · 1번우리말 번역

아래 그래프에서 f′′(x)>0f''(x)>0 인 구간(즉, f(x)f(x) 가 아래로 볼록한 구간)과 f′′(x)<0f''(x)<0 인 구간(즉, f(x)f(x) 가 위로 볼록한 구간)을 표시하세요.

그림

다 풀었으면 정답 확인

그림

위 그래프에서 아래로 볼록한 부분은 빨간색으로 표시되어 있다. 이 부분은 그래프의 도함수가 증가하는 곳이고, 같은 말로 그래프가 접선들보다 위쪽에 놓이는 곳이며, 더 쉽게 말하면 웃는 얼굴처럼 휘어 있는 곳이다.

위로 볼록한 부분은 파란색으로 표시되어 있다. 이 부분은 그래프의 도함수가 감소하는 곳이고, 같은 말로 그래프가 접선들보다 아래쪽에 놓이는 곳이며, 더 쉽게 말하면 찡그린 얼굴처럼 휘어 있는 곳이다.

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# 이계도함수와 오목·볼록그래프·표 해석보통자동 분류

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