수리논술, 이게 다다.

자연계열 2번

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문제

1. 폐구간 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 연속인 함수는 최솟값과 최댓값을 가진다.

2. 폐구간 [a,b]\displaystyle [a,b]에서 연속인 증가함수 y=f(x)\displaystyle y=f(x)의 최솟값을 c\displaystyle c, 최댓값을 d\displaystyle d라 하면, 폐구간 [c,d]\displaystyle [c,d]에서 연속인 역함수 y=f−1(x)\displaystyle y=f^{-1}(x)가 존재한다. 이 경우에 y=f(x)\displaystyle y=f(x)와 x=f−1(y)\displaystyle x=f^{-1}(y)는 평면에서 같은 점을 나타낸다.

3. 실수구간에서 정의된 두 함수 f(x)\displaystyle f(x)와 g(x)\displaystyle g(x)에서 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 치역이 함수 g(x)\displaystyle g(x)의 정의역에 포함되면 합성함수 g(f(x))\displaystyle g(f(x))는 정의된다.두 함수 f(x)\displaystyle f(x)와 g(x)\displaystyle g(x)가 미분가능이면 합성함수 g(f(x))\displaystyle g(f(x))도 미분가능한 함수이고, 그 도함수는 (g(f(x)))′=f′(x)g′(f(x))\displaystyle (g(f(x)))^{\prime}=f^{\prime}(x)g^{\prime}(f(x))이다.

4. 미분가능한 함수 f(x)\displaystyle f(x)의 역함수 f−1(x)\displaystyle f^{-1}(x)가 존재하고 f′(x)≠0\displaystyle f^{\prime}(x)\ne0이면 f−1(x)\displaystyle f^{-1}(x)도 미분가능하다.

[ 문제 2 ]

g(x)=sin⁡x\displaystyle g(x)=\sin x는 전체 실수구간에서 미분가능이고, 폐구간 [−π2,π2]\displaystyle \left[-\frac\pi2,\frac\pi2\right]에서 증가함수이고, 이 구간에서 −1≤sin⁡x≤1\displaystyle -1\le\sin x\le1이다. 폐구간 [−π2,π2]\displaystyle \left[-\frac\pi2,\frac\pi2\right]에서 y=g(x)\displaystyle y=g(x)의 역함수를 y=g−1(x)\displaystyle y=g^{-1}(x)라 할 때 다음 물음에 답하여라.

(2.1) 구간 −1<x<1\displaystyle -1<x<1에서 g−1(x)\displaystyle g^{-1}(x)의 도함수를 구하여라. (10점)

(2.2) 구간 −2<x<2\displaystyle -2<x<2에서 h(x)=g−1(12x)\displaystyle h(x)=g^{-1}\left(\frac12x\right)라 둘 때, h(x)\displaystyle h(x)의 도함수 h′(x)\displaystyle h^{\prime}(x)를 구하여라. (7점)

(2.3) x=0\displaystyle x=0에서 곡선 y=h(x)\displaystyle y=h(x)의 접선의 방정식을 구하여라. (8점)

해설강의 준비중

2-1>1=ddx(x)=ddx(sin⁡y)=cos⁡yddx(y)=cos⁡(g−1(x))ddx(g−1(x))=1−x2ddx(g−1(x))\displaystyle 1=\frac d{dx}(x)=\frac d{dx}(\sin y)=\cos y\frac d{dx}(y)=\cos(g^{-1}(x))\frac d{dx}(g^{-1}(x))=\sqrt{1-x^2}\frac d{dx}(g^{-1}(x))이므로 ddx(g−1(x))=11−x2\displaystyle \frac d{dx}(g^{-1}(x))=\frac1{\sqrt{1-x^2}}이다.

2-2>h′(x)=(g−1)′(12x)⋅12=11−x24⋅12=14−x2\displaystyle h^{\prime}(x)=(g^{-1})^{\prime}\left(\frac12x\right)\cdot\frac12=\frac1{\sqrt{1-\frac{x^2}4}}\cdot\frac12=\frac1{\sqrt{4-x^2}}

2-3>h′(0)=12\displaystyle h^{\prime}(0)=\frac12h(0)=g−1(0)=0\displaystyle h(0)=g^{-1}(0)=0y=12x\displaystyle y=\frac12x

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