일반수학
강의 (23)
우석대학교 에너지전기공학과
이우금 교수
2 (지난 시간 주요내용 복습) 8-5-1.
𝑠𝑖𝑛
그래프 (계속) 𝑦 = 𝐴 𝑠𝑖𝑛 𝜔𝑥 − ∅ , 𝐴 ≠ 0
의 진폭과 주기? 진폭: 2𝜋
동안 몇 개의 주기가 있는가: 주기수= 𝑓 × 2π =
𝜔 2π× 2𝜋 = 𝜔
위상이동 𝜔𝑥 − ∅ = 0
※
𝑛𝑜𝑡𝑒: 𝑦 = 𝐴 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑥 − ∅)
는𝑦 = 𝐴 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑥)
를 ∅ ω 만큼 수평으로 평행 이동한 것. 이때 ∅ ω 를𝑦 = 𝐴 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑥 − ∅)
의 위상이동. ∅ ω> 0
오른쪽 방향으로 수평 이동 ∅ ω< 0
왼쪽 방향으로 수평이동𝑥 =
∅ ω𝐴 &
주기:𝑇 =
2π ω𝑥 =
∅ ω 에서 시작하여𝑥 =
2π ω+
∅ ω 에서 한 주기가 끝남. 복습 주기 = 2π ω 𝑦 𝑥 0 −A A 2π ω + ∅ ω ∅ ω ∅ ω 𝑦 = 𝐴 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑥 − ∅)8-5-2.
𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥)
의 그래프 일반형:𝑦 = 𝐴 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑥), (𝐴 ≠ 0)
진폭:𝐴
각속도:ω
주기:𝑇 =
2π ω 주파수:
𝑓 =
1 𝑇=
ω 2π 예시)𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥)
의 진폭, 주기, 주파수, 각속도를 구하라. 진폭:𝐴 = 1
최대값:1 &
최소값:−1
각속도:𝜔 = 1
주기(T): 2π ω=
2π 1= 2𝜋
주파수(f): 1 𝑇=
1 2π 2𝜋
동안 몇 개의 주기가 있는가? 주기수= 𝑓 × 2π =
1 2π× 2𝜋 = 1
최대값:𝐴 &
최소값:− 𝐴
8-5. 삼각함수의 그래프 2π ω 주기=
2π ω 𝑦 𝑥 0 −A A 𝑦 = 𝐴 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑥) 2𝜋 주기=
2π 1= 2𝜋
𝑦 𝑥 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥) 0 𝜋2 𝜋 1 −1 3𝜋 2 −𝜋24 예제1)
𝑦 =
1 2𝑐𝑜𝑠
𝑥 2 의 진폭, 주기, 주파수, 각속도를 구하라. 진폭:𝐴 =
1 2 최대값: 1 2&
최소값: − 1 2 각속도:𝜔 =
1 2 주기:𝑇 =
2𝜋1 2= 4𝜋
주파수:𝑓 =
1 𝑇=
1 4𝜋
2𝜋
동안 몇 개의 주기가 있는가? 주기 수= 𝑓 × 2π =
1 4π× 2𝜋 =
1 2 8-5. 삼각함수의 그래프 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥) 4𝜋 주기= 4𝜋
𝑦 𝑥 𝑦 =1 2𝑐𝑜𝑠 𝑥 2 0 2𝜋 1 −1 0.5 −0.5예제2)
𝑦 = 1.5 𝑐𝑜𝑠(4𝑥 − 𝜋)
의 진폭, 주기, 위상이동을 구하고 그래프를 그려라. 진폭:𝐴 = 1.5
최대값:1.5 &
최소값:−1.5
각속도:ω = 4
주기(T): 2π ω=
2π 4=
𝜋 2 위상이동:
∅ = 𝜋 & 𝜔 = 4
4𝑥 − 𝜋 = 0
2𝜋
동안 몇 개의 주기가 있는가? 주파수:𝑓 =
1 𝑇=
1 𝜋 2=
𝜋2 2𝜋
동안 주기수:𝑓 × 2π =
2 π× 2𝜋 = 4
∅ ω=
π 4𝑥 =
𝜋4 8-5. 삼각함수의 그래프 𝜋 2 = 주기 𝑦 𝑥 0 −1 1 2𝜋 위상이동 =𝜋 4 3𝜋 4 𝑦 = 1.5 𝑐𝑜𝑠(4𝑥 − 𝜋) 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠 𝑥 𝜋 −1.5 1.56 9. 삼각함수의 역함수 9-1. 함수의 정의: 두 집합 X, Y에서, X의 각 원소에 Y의 원소가 1:1 매칭 할 때, 이 대응을 X에서 Y로의 함수(function)라 하고 𝑦 = 𝑓(𝑥) 로 표시함.
9-1. 함수의 정의 𝑥 ㆍ ㆍ ㆍ ㆍ 𝑦 ㆍ ㆍ ㆍ
𝑋
𝑌
정의역 (domain) 함수 𝑓 의 치역 (range) 𝑓 아래 그림 중 함수는? (그림 1) (그림 2) (그림 3) 𝑋 𝑌 𝑥0 𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑦1 𝑦0 𝑦2 𝑦3 𝑋 𝑌 𝑥0 𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑦1 𝑦0 𝑦2 𝑋 𝑌 𝑥0 𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑦1 𝑦0 𝑦2 위의 함수 중 역함수가 존재하는가? (그림 1-1) (그림 2-1) (그림 3-1) 𝑋 𝑌 𝑥0 𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑦1 𝑦0 𝑦2 𝑦3 𝑋 𝑌 𝑥0 𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑦1 𝑦0 𝑦2 𝑋 𝑌 𝑥0 𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑦1 𝑦0 𝑦2 𝑦3 𝑦39-2. 역 삼각함수 오직
1: 1
함수에만 역함수가 존재한다. 예시1)𝑦 = 4𝑥 + 1
모든𝑥
에 대해서𝑦
가 1:1 대응∴
역함수:𝑦 =
𝑥−1 4 예시2)𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥)
의 역함수가 존재하는가? 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥)
에서𝑦 = 𝑏
가 되는𝑥
는 무수히 많음. 함수𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥)
는 구간(−∞, ∞)
상에서 일대일 함수가 아니다! 1: 1
함수가 아닌 경우라도 필요에 따라 정의 역을 축소함으로써, 축소된 범위 내에서1: 1
함수가 되도록 할 수 있음. 9-2. 역 삼각함수 2𝜋 주기= 2𝜋 𝑦 𝑥 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥) 0 𝜋 −𝜋 −2𝜋 1 −1 𝑏8 9-2-1. 사인함수의 역함수
𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥)
에서𝑦 = 𝑏
가 되는𝑥
는 무수히 많으므로 사인함수는 완전 1:1 함수가 아님. 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥)
의 정의역 구간을−
π 2,
π 2 로 축소하면,𝑦 = 𝑏
가 되는𝑥
는 오직 하나.∴
축소된 사인함수𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥) , −
π2≤ 𝑥 ≤
π2 는 완전1:1
함수 역함수가 존재함. 이 축소된 사인함수의 역함수를 역 사인함수 (아크사인함수)라 함. 아크사인함수 구하는 방법 (1)𝑥
와𝑦
를 교환:𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥) 𝑥 = 𝑠𝑖𝑛(𝑦)
(2)𝑦
에 대하여 정리:𝑦 = 𝑠𝑖𝑛
−1(𝑥)
(아크사인
𝑥
라함)9-2. 역 삼각함수 2𝜋 정의역구간= 𝜋 𝑦 𝑥 0 𝜋 −𝜋 −2𝜋 1 −1 𝑏 −π 2 π 2 <축소된 사인함수> 2𝜋 정의역: (−∞, ∞) 𝑦 𝑥 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥) 0 𝜋 −𝜋 −2𝜋 1 −1 𝑏 <사인함수>
아크사인 함수 (arcsine function)의 정의 축소된 사인 함수:
𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥)
•
정의역:−
π 2≤ 𝑥 ≤
π 2• 치역:
−1 ≤ 𝑦 ≤ 1
아크사인 함수:𝑥 = 𝑠𝑖𝑛(𝑦) 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛
−1(𝑥)
• 정의역:−
π 2≤ 𝑦 ≤
π 2• 치역:
−1 ≤ 𝑥 ≤ 1
※
𝑛𝑜𝑡𝑒
(1) 아크사인 함수에서는 독립변수와 종속변수가 바뀌므로,𝑥
와𝑦
의 구간이 바뀜. (2)𝑥 = 𝑠𝑖𝑛(𝑦)
는𝑦 = 𝑠𝑖𝑛
−1(𝑥)
를 의미하므로, 『𝑦
는 아크사인함수에서𝑥
값이 주어졌을 때의 각』 9-2. 역 삼각함수 𝑦 𝑥 0 1 −1 −π 2 π 2 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥) 𝑦 𝑥 0 1 −1 −π 2 π 2 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛−1(𝑥)10 아크사인 함수의 그래프 아크사인 함수의 정의에 의해 축소된 사인함수
𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥) , −
π 2≤ 𝑥 ≤
π 2& − 1 ≤ 𝑦 ≤ 1
에서 독립변수와 종속변수를 맞바꾸면, 아크사인 함수:
𝑥 = 𝑠𝑖𝑛(𝑦) 𝑜𝑟 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛
−1(𝑥) , −
π2≤ 𝑦 ≤
π2& − 1 ≤ 𝑥 ≤ 1
가 됨. 이것은 축소된 사인함수𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥) , −
π 2≤ 𝑥 ≤
π 2& − 1 ≤ 𝑦 ≤ 1
의 그래프를 직선𝑦 = 𝑥
에 관하여 대칭 시킨 것.𝑦 = 𝑠𝑖𝑛
−1(𝑥)
−
π2≤ 𝑦 ≤
π2& − 1 ≤ 𝑥 ≤ 1
𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥)
−
π2≤ 𝑥 ≤
π2& − 1 ≤ 𝑦 ≤ 1
9-2. 역 삼각함수 𝑦 𝑥 0 1 −1 −π 2 π 2 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥) 𝑦 𝑥 0 1 −1 −π 2 π 2 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥) 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛−1(𝑥) 𝑦 = 𝑥예시) 다음 값을 구하라. (1)
𝑠𝑖𝑛
−1(1)
𝑦 = 𝑠𝑖𝑛
−1(1)
1 = 𝑠𝑖𝑛(𝑦)
축소된 사인함수𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥)
의 정의역과 치역:−
π 2≤ 𝑥 ≤
π 2& − 1 ≤ 𝑦 ≤ 1
아크사인함수𝑥 = 𝑠𝑖𝑛(𝑦)
의 정의역과 치역:−
π 2≤ 𝑦 ≤
π 2& −1 ≤ 𝑥 ≤ 1
따라서,
𝑦
는 아크사인함수에서𝑥
의 값이1
일 때의 각∴ 𝑠𝑖𝑛(𝑦) = 1 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛
−1(1) =
𝜋 2 9-2. 역 삼각함수𝑦
는 아크사인함수에서𝑥
값이1
이 될 때의 각 !𝑦 =
𝜋2 - 𝜋2 0 𝑥 𝑦 𝜋 2 1 −1 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥) <축소된 사인함수> - 𝜋2 0 𝑦 𝑥 𝜋 2 1 −1 𝑥 = 𝑠𝑖𝑛(𝑦) <아크사인함수>12 (2)
𝑠𝑖𝑛
−1 3 2𝑦 = 𝑠𝑖𝑛
−1 3 23 2
= 𝑠𝑖𝑛(𝑦)
축소된 사인함수𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥)
의 정의역과 치역:−
π 2≤ 𝑥 ≤
π 2& − 1 ≤ 𝑦 ≤ 1
아크사인함수𝑥 = 𝑠𝑖𝑛(𝑦)
의 정의역과 치역:−
π 2≤ 𝑦 ≤
π 2& − 1 ≤ 𝑥 ≤ 1
따라서,𝑦
는 아크사인함수에서𝑥
의 값이 3 2 일 때의 각∴
𝑠𝑖𝑛(𝑦) =
3 2𝑦 = 𝑠𝑖𝑛
−1 3 2=
𝜋 3 9-2. 역 삼각함수𝑦
는 아크사인함수의𝑥
값이 3 2 이 될 때의 각 !𝑦 =
𝜋3 - 𝜋2 0 𝑥 𝑦 𝜋 2 1 −1 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥) <축소된 사인함수> - 𝜋2 0 𝑦 𝑥 𝜋 2 1 −1 3 2 𝜋 3 𝑥 = 𝑠𝑖𝑛(𝑦) <아크사인함수>예제) 함수와 그 역함수에 관한 성질에 의해, 다음이 정의 됨을 증명하라. (1)
𝑠𝑖𝑛
−1𝑠𝑖𝑛(𝑦) = 𝑦 , −
𝜋 2≤ 𝑦 ≤
𝜋 2<증명> 아크사인함수의 정의:
𝑦 = 𝑠𝑖𝑛
−1(𝑥)
𝑦 = 𝑠𝑖𝑛
−1(𝑥) 𝑠𝑖𝑛(𝑦) = 𝑥
이므로 (2)𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑛
−1(𝑥) = 𝑥 , 1 ≤ 𝑥 ≤ 1
<증명> 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛(𝑥)
의 역함수:𝑠𝑖𝑛(𝑦) = 𝑥 𝑦 = 𝑠𝑖𝑛
−1(𝑥)
(1) 주어진 식𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑛
−1(𝑥) = 𝑥
에서 우변의𝑥
대신𝑠𝑖𝑛(𝑦)
를 대입:𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑛
−1(𝑥) = 𝑠𝑖𝑛(𝑦)
(2)𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑛
−1(𝑥) = 𝑠𝑖𝑛(𝑦)
에서 좌변의𝑠𝑖𝑛
−1(𝑥)
대신𝑦
대입:𝑠𝑖𝑛(𝑦) = 𝑠𝑖𝑛(𝑦)
∴
𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑛
−1(𝑥) = 𝑥
가 성립. 9-2. 역 삼각함수𝑦 = 𝑠𝑖𝑛
−1𝑠𝑖𝑛(𝑦)
14 예제)
𝑦 = 𝑐𝑜𝑠
𝑥 2+
𝜋 4 의 진폭, 주기, 주파수, 각속도를 구하라. 진폭:𝐴 = 1
최대값:1 &
최소값: −1 각속도:𝜔 =
1 2 주기:𝑇 =
2𝜋1 2= 4𝜋
위상이동: 𝑥 2
+
𝜋 4= 0 𝑥 = −
𝜋 2 주파수:𝑓 =
1 𝑇=
1 4𝜋
2𝜋
동안 몇 개의 주기가 있는가? 주기 수= 𝑓 × 2π =
1 4π× 2𝜋 =
1 2 𝑦 =𝑐𝑜𝑠 𝑥2 +𝜋4 15𝜋 2 주기= 4𝜋
𝑦 𝑥 0 7𝜋 2 1 −1 −𝜋 2 위상이동 3𝜋 24𝜋
복습9-2-2. 코사인함수의 역함수
𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥)
에서𝑦 = 𝑏
가 되는𝑥
는 무수히 많으므로 코사인함수는 완전 1:1 함수가 아님. 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥)
의 정의역 구간을0, 𝜋
로 축소하면,𝑦 = 𝑏
가 되는𝑥
는 오직 하나.∴
축소된 코사인함수𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥) , 0 ≤ 𝑥 ≤ 𝜋
는 완전1:1
함수 역함수가 존재함. 이 축소된 코사인함수의 역함수를 역 코사인 (아크코사인) 함수라 함. 아크코사인함수 구하는 방법 (1)𝑥
와𝑦
를 교환:𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥) 𝑥 = 𝑐𝑜𝑠(𝑦)
(2)𝑦
에 대하여 정리:𝑦 = 𝑐𝑜𝑠
−1(𝑥)
(아크코사인𝑥
라 함) 9-2. 역 삼각함수 정의역구간: (0, 𝜋) 𝑦 𝑥 0 𝜋 −𝜋 −2𝜋 1 −1 𝑏 −π 2 π2 3𝜋 2 <축소된 코사인함수> 3𝜋 2 정의역: (−∞, ∞) 𝑦 𝑥 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥) 0 𝜋 2 −𝜋2 𝜋 1 −1 𝑏 −3𝜋2 <코사인함수>16 아크코사인 함수 (arccosine function)의 정의 축소된 코사인 함수:
𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥)
•
정의역:0 ≤ 𝑥 ≤ 𝜋
• 치역:
−1 ≤ 𝑦 ≤ 1
아크코사인 함수:𝑥 = 𝑐𝑜𝑠(𝑦) 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠
−1(𝑥)
• 정의역:0 ≤ 𝑦 ≤ 𝜋
• 치역:−1 ≤ 𝑥 ≤ 1
※𝑛𝑜𝑡𝑒
(1) 아크코사인 함수에서는 축소된 코사인함수의 독립변수와 종속변수의 역할이 바뀌므로,𝑥
와𝑦
의 구간이 바뀜. (2)𝑥 = 𝑐𝑜𝑠(𝑦)
는𝑦 = 𝑐𝑜𝑠
−1(𝑥)
를 의미하며, 『𝑦
는 아크코사인함수에서𝑥
값이 주어졌을 때의 각』 9-2. 역 삼각함수𝑜𝑟
𝑦 𝑥 0 1 −1 𝜋 π 2 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥) 𝑦 𝑥 0 1 −1 𝜋 π 2 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠−1(𝑥) 𝑥 𝑦 0 1 −1 𝜋 π 2 𝑥 = 𝑐𝑜𝑠(𝑦) 정의역구간: (0, 𝜋) 아크코사인 함수의 그래프 축소된 코사인함수
𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥) , (0 ≤ 𝑥 ≤ 𝜋 & − 1 ≤ 𝑦 ≤ 1)
에서 아크코사인 함수의 정의에 의해 독립변수와 종속변수를 맞바꾸면, 아크코사인 함수:𝑥 = 𝑐𝑜𝑠(𝑦) 𝑜𝑟 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠
−1(𝑥) , (0 ≤ 𝑦 ≤ 𝜋 & − 1 ≤ 𝑥 ≤ 1)
가 됨. 이것은 축소된 코사인함수𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥) , (0 ≤ 𝑥 ≤ 𝜋 & − 1 ≤ 𝑦 ≤ 1)
의 그래프를 직선𝑦 = 𝑥
에 관하여 대칭 시킨 것 .𝑦 = 𝑐𝑜𝑠
−1(𝑥)
(0 ≤ 𝑦 ≤ 𝜋 & − 1 ≤ 𝑥 ≤ 1)
𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥)
(0 ≤ 𝑥 ≤ 𝜋 & − 1 ≤ 𝑦 ≤ 1)
9-2. 역 삼각함수 𝑦 𝑥 0 1 −1 𝜋 π 2 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥) 𝑦 𝑥 0 1 −1 𝜋 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥) 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠−1(𝑥) 𝑦 = 𝑥 𝜋 −1 118 예시) 다음 아크코사인 함수의 값을 구하라. (1)
𝑐𝑜𝑠
−1(0)
𝑦 = 𝑐𝑜𝑠
−1(0)
0 = 𝑐𝑜𝑠(𝑦)
𝑦
는 아크코사인함수에서𝑥
값이0
이 될 때의𝑦
축소된 코사인 함수𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥)
의 정의역과 치역:0 ≤ 𝑥 ≤ π & −1 ≤ 𝑦 ≤ 1
아크코사인함수𝑥 = 𝑐𝑜𝑠(𝑦)
의 정의역과 치역:0 ≤ 𝑦 ≤ π & −1 ≤ 𝑥 ≤ 1
따라서,𝑦
는 아크코사인함수에서𝑥 =0
일 때의 각𝑦 =
𝜋2∴
𝑐𝑜𝑠 𝑦 = 0 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠
−10 =
𝜋29-2. 역 삼각함수 𝑦 𝑥 0 1 −1 𝜋 π 2 𝑦 = 𝑐𝑜𝑠(𝑥) <축소된 코사인함수> 𝑥 𝑦 0 1 −1 𝜋 π 2 𝑥 = 𝑐𝑜𝑠(𝑦) 정의역구간: (0, 𝜋) <아크코사인함수>
(2)