먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.
CLP-1 · 4.1절 · 20번우리말 번역
f(x)=2sin−1x, g(x)=sin−1(2x−1) 이라 하자.
f(x)−g(x) 의 도함수를 구하고 답을 간단히 하세요. 이 답은
f(x) 와 g(x) 사이의 관계에 대해 무엇을 뜻하는지 설명하세요.
영어 원문 보기
Let f(x)=2sin−1x and g(x)=sin−1(2x−1).
Find the derivative of f(x)−g(x) and simplify your answer. What does
the answer imply about the relation between f(x) and g(x)?
정답·풀이 보기
연쇄 법칙을 이용하여 f(x) 와 g(x) 를 미분한다. dxd{arcsin(x)}=1−x21 임을 떠올리자.
따라서 f(x)−g(x) 의 도함수는 0 이고, 이는
f(x) 와 g(x) 가 상수만큼만 차이가 남을 뜻한다. 다소 놀라운 결과일 수도 있다!
참고: f(x) 와 g(x) 가 상수만큼만 차이가 난다는 것을 보이는 데 미적분은 필요하지 않다.
θ=sin−1x 로 놓으면 sinθ=x 이고 f(x)=2θ 이다. 그러면
sin[f(x)−2π]=−cosf(x)=−cos2θ=−[1−2sin2θ]=2sin2θ−1=2x−1
처음 식과 마지막 식에 아크사인을 취하여 f(x)−2π=arcsin(2x−1)=g(x) 라고 결론짓는 것이 목표이다. 그러나 arcsin(sin[f(x)−2π])=f(x)−2π 라고 말하기 전에, −2π≤f(x)−2π≤2π 임을 확인해야 한다. 즉 0≤f(x)≤π 임을 보여야 한다.
0≤θ≤2π 이므로
(sin−1 의 값은 항상 −2π 와 2π 사이에 있고 x≥0 이기 때문이다),
0≤f(x)=2θ≤π 이다. 따라서
f(x)−2π=arcsin(sin[f(x)−2π])=arcsin(2x+1)=g(x).
원본 교재 풀이(영어)
We differentiate f(x) and g(x) using the chain rule. Recall dxd{arcsin(x)}=1−x21.
So, the derivative of f(x)−g(x) is 0, which implies that
f(x) and g(x) differ by a constant–perhaps a surprising result!
Remark: we don't need calculus to show that f(x) and g(x) only differ by a constant. Define
θ=sin−1x, so that sinθ=x and f(x)=2θ , and then
sin[f(x)−2π]=−cosf(x)=−cos2θ=−[1−2sin2θ]=2sin2θ−1=2x−1
Our goal is to take the arcsine of the first and last expressions and conclude f(x)−2π=arcsin(2x−1)=g(x). However, before we can say arcsin(sin[f(x)−2π])=f(x)−2π, we have to check that −2π≤f(x)−2π≤2π. That is, we need to show that 0≤f(x)≤π.
As 0≤θ≤2π
(since sin−1 always takes values between
−2π and 2π and since x≥0),
we have that 0≤f(x)=2θ≤π. So,
f(x)−2π=arcsin(sin[f(x)−2π])=arcsin(2x+1)=g(x).