미적분학 (보강)
강의 (13)
우석대학교 에너지전기공학과
이우금 교수
미적분학 중간시험
일시: 10월21일 (월) 3~4교시
주의사항
closed note & closed book
no calculator
2-3. 음함수의 미분법 음함수의 미분: 양함수
𝑦 = 𝑓(𝑥)
형태로 변환하지 않고 chain rule을 이용하여 미분함. 𝑑 𝑑𝑥𝑓(𝑥, 𝑦) =
𝑑 𝑑𝑦𝑓(𝑥, 𝑦) ∙
𝑑𝑦 𝑑𝑥 2-4. 역함수의 미분법 주어진 함수의 역함수를 구함. 역함수의 미분 또한 음함수의 미분과 같은 방법으로 미분 𝑑𝑥𝑑𝑓(𝑥, 𝑦) =
𝑑𝑦𝑑𝑓(𝑥, 𝑦) ∙
𝑑𝑦𝑑𝑥 2-5. 매개변수함수의 미분법 매개변수 함수 𝑥 & 𝑦
가 각각𝑡
의 함수 일 때, 즉𝑥 = 𝑓 𝑡 & 𝑦 = 𝑔(𝑡)
매개변수로 표현된 함수의 미분법. 𝑑𝑦 𝑑𝑥=
𝑑𝑦 𝑑𝑡·
𝑑𝑡 𝑑𝑥=
𝑑𝑦 𝑑𝑡 𝑑𝑥 𝑑𝑡=
𝑔𝑓′′(𝑡)(𝑡) (단,𝑓
′𝑡 ≠ 0
) (지난 시간 강의 복습)Ch. 1 수열 1. 수열의 정의 어떤 규칙에 따라 수를 배열해 놓은 것을 수열이라 함. 수열의 표현 일반항:
𝑎
𝑛예시1) 수열
𝑎
𝑛=
𝑛 𝑛+1 의 처음 3항을 나열하라 수열 𝑛 𝑛+1 의 처음 3항: 1 2,
2 3,
3 4 예시2) 아래 주어진 수열의 처음 몇 개의 항으로 부터 일반항을 구하라 (1)1,
1 3,
1 9,
1 27… 𝑎
𝑛=
1 3𝑛−1 (2)1, 3, 5, 7, …
𝑎
𝑛= 2𝑛 − 1
수열에서 처음𝑛
항 까지의 합:𝑠
𝑛= 𝑎
1+ 𝑎
2+ 𝑎
3+ ⋯ + 𝑎
𝑛=
𝑛𝑘=1𝑎
𝑘 예시) 다음 수열의 합을𝑛
항까지 나열하고, 처음 4항까지의 부분합을 구하라 𝑠
𝑛=
𝑛𝑘=1𝑘
2𝑠
𝑛= 1
2+ 2
2+ 3
2+ ⋯ + 𝑛
2 4항까지의 부분합 (
𝑛 = 4
) :𝑠
4=
4𝑘=1𝑘
2= 1
2+ 2
2+ 3
2+ 4
2= 30
(중간시험 총정리)2. 등차수열 2-1. 등차수열의 정의 수열
𝑎
𝑛 에서 연속적인 두 항의 차가 항상 같은 수일 때 이를 등차수열이라 하며, 두 항의 차이를 공차: 공차를𝑑
라 하면 등차수열의 정의:𝑎
𝑛= 𝑎
𝑛−1+ 𝑑 𝑑 = 𝑎
𝑛− 𝑎
𝑛−1 등차수열의
𝑛
째항:𝑎
𝑛= 𝑎 + (𝑛 − 1)𝑑
예시1) 등차수열𝑎
𝑛= 2, 6, 10, 14, …
의𝑛
째 항과 12번째 항을 구하라 첫째 항:𝑎 = 2 &
공차:𝑑 = 𝑎
2− 𝑎
1= 6 − 2 = 4
등차수열의 일반항:𝑎
𝑛= 𝑎 + (𝑛 − 1)𝑑
∴
12번째 항:𝑎
12= 2 + 4 12 − 1 = 46
예시2) 어떤 등차수열의 8째 항이 75이고, 20째 항이 39일 때, 다음을 구하라. (1) 등차수열의 일반항𝑎
𝑛= 𝑎 + (𝑛 − 1)𝑑
𝑎
8= 𝑎 + 8 − 1 𝑑 = 75
𝑎 + 7𝑑 = 75
𝑎
20= 𝑎 + 20 − 1 𝑑 = 39
𝑎 + 19𝑑 = 39
(2) 이 등차수열의 10번째 항:𝑎
𝑛= 96 + (𝑛 − 1)(−3)
𝑎
10= 96 + (10 − 1)(−3)=69
𝑎
𝑛= 2 + 4 𝑛 − 1
𝑑 = −3 & 𝑎 = 96
𝑎
𝑛= 96 + (𝑛 − 1)(−3)
2-2. 등차수열에서 처음
𝑛
항 까지의 합 첫째 항이𝑎
이고, 공차가𝑑
인 등차수열의 처음𝑛
항까지의 합을𝑠
𝑛 이라 하면, 𝑠
𝑛=
𝑛 2𝑎
1+ 𝑎
𝑛 예시1) 등차수열3𝑛 + 5
의 10번째 항(𝑎
10)
과 10번째 항까지의 합(𝑠
10)
을 구하라 주어진 수열을 전개:8, 11, 14, 15, …
첫째 항:𝑎 = 8
주어진 수열의 n번째 항과 (n+1)번째 항의 차 n 번째 항:𝑎
𝑛= 3𝑛 + 5
(n+1) 번째 항:𝑎
𝑛+1= 3 𝑛 + 1 + 5 = 3𝑛 + 8
등차수열의 일반형 첫째 항:𝑎
1= 8
&
공차:
𝑑 = 3 𝑎
𝑛= 8 + 𝑛 − 1 × 3
∴
10번째 항:𝑎
10= 8 + 10 − 1 × 3 = 35
n항까지의 합:𝑠
𝑛=
𝑛 2𝑎
1+ 𝑎
𝑛=
𝑛 28 + 8 + (𝑛 − 1) × 3 =
𝑛 2(3𝑛 + 13)
∴
𝑠
10=
1023 × 10 + 13 = 215 𝑜𝑟 𝑠
10=
1028 + 35 = 215
𝑎
𝑛+1− 𝑎
𝑛= 3𝑛 + 8 − 3𝑛 + 5 = 3
예시2) 1과 111 사이에 2의 배수이고 동시에 3의 배수인 수는 몇 개 있으며, 이들의 합은 얼마인가? 2의 배수이고 동시에 3의 배수 2의 배수:
2𝑛
3의 배수:3𝑛
1과 111 사이의 6의 배수 1 ≤ 6𝑛 ≤ 111
1 6≤ 𝑛 ≤
111 61 6
≤ 𝑛 ≤ 18
3 6∴
1 ≤ 𝑛 ≤ 18
(※𝑛𝑜𝑡𝑒: 𝑛
은 자연수) : 1과 111사이에는 18개의 수 가 존재함 구하는 수들은 6의 배수이므로, 공차가 6인 등차수열:𝑑 = 6
첫째 항:𝑎
1= 6
마지막 항:
𝑎
18= 6 × 18 = 108
등차수열의 n항 까지의 합:𝑠
𝑛=
𝑛 2𝑎
1+ 𝑎
𝑛∴
18항 까지의 합:𝑠
18=
18 26 + 108 = 1026
6의 배수:6𝑛
(𝑛
은 자연수) 등차수열의 일반형:𝑎
𝑛= 6 + 𝑛 − 1 × 6
동시에 만족하는 수3. 등비수열 3-1. 등비수열의 정의 수열
𝑎
𝑛 에서 연속적인‘두 항의 비’가 0 이 아닌 동일한 수일 때 이를 등비수열이라 하며, 두 항의 비를 공비: 공비를𝑟
이라 하면 등비수열의 정의:𝑎
𝑛= 𝑎
𝑛−1× 𝑟 𝑟 =
𝑎𝑛 𝑎𝑛−1 등비수열의𝑛
째항:𝑎
𝑛= 𝑎𝑟
(𝑛−1), (𝑟 ≠ 0)
예시1) 등비수열𝑎
𝑛= 3, −6, 12 , −24 , …
의𝑛
째 항과 6번째 항을 구하라 첫째 항:𝑎 = 3 &
공비:𝑟 =
𝑎2 𝑎1=
−6 3= −2
등비수열의 일반항:𝑎
𝑛= 𝑎𝑟
(𝑛−1), (𝑟 ≠ 0)
예시2) 어떤 등비수열의 3째 항이 18이고, 6째 항이 486일 때, 이 등비수열의 일반항을 구하라. (1) 등비수열의 일반항:𝑎
𝑛= 𝑎𝑟
(𝑛−1) 수열의 3째 항:𝑎
3= 𝑎𝑟
(3−1)= 18 𝑎𝑟
2= 18
수열의 6째 항:𝑎
6= 𝑎𝑟
(6−1)= 486 𝑎𝑟
5= 486
(2) 첫째 항: 수열의 3째 항으로 부터𝑎
3= 𝑎 ∙ 3
3−1= 18
첫째항:𝑎 = 2
∴
일반항:𝑎
𝑛= 2 ∙ 3
𝑛−1𝑎
𝑛= 3 ∙ −2
(𝑛−1)∴
𝑎6 = 3 ∙ −2 5 = −96 𝑎𝑟5 𝑎𝑟2=
486 18= 27 ∴ 𝑟 = 3
3-2. 등비수열에서 처음
𝑛
항 까지의 합 첫째 항이𝑎
이고, 공비가𝑟
인 등비수열의 처음𝑛
항까지의 합을𝑠
𝑛 이라 하면, 𝑠
𝑛= 𝑎
1−𝑟𝑛 1−𝑟, (𝑟 ≠ 1)
예시1) 등비수열𝑎
𝑛=
2𝑛−1 4 의 6번째항까지의 합(𝑠
6)
을 구하라 주어진 수열을 전개: 1 4,
2 4,
4 4,
8 4, …
첫째 항:𝑎 =
1 4 주어진 수열의 n번째 항과 (n+1)번째 항의 비 n 번째 항:𝑎
𝑛=
2𝑛−1 4 (n+1) 번째 항:
𝑎
𝑛+1=
2𝑛 4 n항까지의 합:𝑠
𝑛= 𝑎
1−𝑟𝑛 1−𝑟=
1 4 1−2𝑛 1−2= −
1−2𝑛 4∴
𝑠
6= −
1−24 6= −
634 공비:𝑟 =
𝑎𝑛+1 𝑎𝑛=
2𝑛 4 2𝑛−1 4= 2
예시2) 2와 32사이에
2
𝑛 (단, n은 자연수) 을 만족하는 수는 몇 개 있으며, 이들의 합은 얼마인가? 2와 32사이에서2
𝑛 을 만족하는 수 ※𝑛𝑜𝑡𝑒: 32 = 2
52 ≤ 2
𝑛≤ 2
5 위 식에서 2를 밑으로 하는 로그를 취하면𝑙𝑜𝑔
22 ≤ 𝑙𝑜𝑔
22
𝑛≤ 5 𝑙𝑜𝑔
22
∴
1 ≤ 𝑛 ≤ 5
2와 32사이에서2
𝑛 을 만족하는 수는 5개 이들의 합은? 2
𝑛 을 만족하는 수를 전개:2, 2
2, 2
3, … , 2
𝑛−1, 2
𝑛∴ 𝑎
𝑛= 𝑎𝑟
(𝑛−1)= 2 ∙ 2
𝑛−1= 2
𝑛 n항 까지의 합:𝑠
𝑛= 𝑎
1−𝑟𝑛 1−𝑟= 2
1−2𝑛 1−2= −2 1 − 2
𝑛∴
𝑠5= −2 1 − 25 = 62𝑙𝑜𝑔
22 ≤ 𝑛 𝑙𝑜𝑔
22 ≤ 5 𝑙𝑜𝑔
22
첫 항이 2이고, 공비가 2인 등비수열4. 수열의 극한 4-1. 수열의 수렴(convergence)과 발산 수열
𝑎
𝑛 에서𝑛
이 증가함에 따라 일정한 값𝛼
에 한없이 가까워지면, 수열𝑎
𝑛 은𝛼
에 수렴. 이때,𝛼
를 수열𝑎
𝑛 의 극한 (limit) 이라 함 수열의 극한:lim
𝑛→∞𝑎
𝑛= 𝛼
발산(divergence): 수렴하지 않는 수열은 발산 한다고 함. 수열의 발산:lim
𝑛→∞𝑎
𝑛= ∞
4-2. 수열의 단조증가와 단조감소 단조증가 (𝑎
𝑛≤ 𝑎
𝑛+1 을 만족할 때) 수열이 뒤로 갈수록 그 값이 계속 커지면서 어떤 값 𝛼 에 수렴 할 때 단조증가. 단조감소 (𝑎
𝑛≥ 𝑎
𝑛+1 을 만족할 때) 수열이 뒤로 갈수록 그 값이 계속 작아지면서 어떤 값 𝛼 에 수렴 할 때 단조감소. 𝛼 𝑛 𝑎𝑛 <수열의 수렴> 𝑎𝑛 = ∞ 𝑛 𝑎𝑛 <수열의 발산>4-4. 무한급수 무한급수 or 급수: 아래와 같이 수열
𝑎
𝑛 의 각 항을 +로 연결한 식 수열 :𝑎
𝑛= 𝑎
1, 𝑎
2, 𝑎
3, … , 𝑎
𝑛, …
무한급수: ∞𝑘=1𝑎
𝑘= 𝑎
1+ 𝑎
2+ 𝑎
3+ ⋯ + 𝑎
𝑛+ 𝑎
𝑛+1+ ⋯
부분합 (partial sum): 무한급수에서 첫째 항 부터 제 n항까지의 합 무한급수의 부분합𝑠
𝑛 의 수열:𝑠
𝑛= 𝑠
1, 𝑠
2, 𝑠
3, … , 𝑠
𝑛, …
무한급수의 수렴 및 발산 부분합의 수열𝑠
𝑛 이 극한값𝑠
로 수렴lim
𝑛→∞𝑠
𝑛= s
무한급수 ∞𝑘=1𝑎
𝑘 는𝑠
에 수렴한다고 하며, 이때의 극한값𝑠
를 무한급수의 값이라 함.∴
무한급수의 값:lim
𝑛→∞𝑠
𝑛= s
𝑎
𝑘 ∞ 𝑘=1= 𝑎
1+ 𝑎
2+ 𝑎
3+ ⋯ + 𝑎
𝑛+ ⋯ = 𝑠
무한급수의 부분합의 수열{𝑠
𝑛}
이 발산할 때 이 무한급수는 발산한다고 함.𝑠
𝑛예시) 어떤 무한급수 ∞k=1
𝑎
𝑘 의 부분합의 수열𝑠
𝑛 이 아래와 같을 때, 수열의 3번째 항과 무한급수의 값을 구하라. 무한급수: ∞k=1𝑎
𝑘= 𝑎
1+ 𝑎
2+ 𝑎
3+ ⋯ + 𝑎
𝑛+ ⋯
부분합의 수열:𝑠
𝑛= 𝑠
1, 𝑠
2, 𝑠
3, … , 𝑠
𝑛, …
(1)𝑠
𝑛=
𝑛 𝑛+1=
부분합의 수열𝑠
𝑛 의 3번째 항:𝑠
3=
3 4 부분합의 수열𝑠
𝑛 의 극한값:lim
𝑛→∞𝑠
𝑛= lim
𝑛→∞ 𝑛 𝑛+1= lim
𝑛→∞ 1 1+ 𝑛1= 1
∴
무한급수는 수렴하고, 무한급수의 값은 1 ∞k=1𝑎
𝑘= 1
(2)𝑠
𝑛=
𝑛2 2𝑛+1=
부분합의 수열𝑠
𝑛 의 3번째 항:𝑠
3=
9 7 부분합의 수열𝑠
𝑛 의 극한값:lim
𝑛→∞𝑠
𝑛= lim
𝑛→∞ 𝑛2 2𝑛+1= lim
𝑛→∞ 𝑛 2+ 𝑛1= ∞
∴
무한급수는 발산하므로, 무한급수의 값은∞
∞k=1𝑎
𝑘= ∞
𝑠
𝑛 : n항까지의 부분합 1 2,
2 3,
3 4,
4 5, … ,
𝑛 𝑛+1, …
1 3,
4 5,
9 7,
16 9, … ,
𝑛2 2𝑛+1, …
4-5. 무한등비급수 (기하급수) 무한등비수열의 합: ∞𝑘=1
𝑎𝑟
(𝑘−1)= 𝑎 + 𝑎𝑟 +
𝑎𝑟2 + ⋯ + 𝑎𝑟(𝑛−1) + ⋯ 무한등비급수의 값 무한등비급수의 부분합 이 수렴하고, 그 값이 s 이면:lim
𝑛→∞𝑠
𝑛= 𝑠
무한등비급수의 값 = S 무한등비급수의 수렴 및 발산 (1) 공비𝑟 = 1
일 때, 무한등비급수의 값 𝑟 = 1
일 때 무한급수의𝑛
항 까지의 합:𝑠
𝑛= 𝑎 + 𝑎𝑟 + ⋯ + 𝑎𝑟
𝑛−1= 𝑎 + 𝑎 + ⋯ + 𝑎 = 𝑛𝑎
lim
𝑛→∞𝑠
𝑛= lim
𝑛→∞𝑛𝑎 = ±∞
(±
는𝑎
의 부호에 따름)𝑟 = 1
일 때, 무한등비급수는 발산 함. (2) 공비𝑟 ≠ 1
일 때, 무한등비급수의 값을 구하라 등비수열의 처음𝑛
항까지의 합:𝑠
𝑛= 𝑎
1−𝑟𝑛 1−𝑟 𝑟 < 1
일 때:lim
𝑛→∞𝑠
𝑛= 𝑎
1−𝑟𝑛 1−𝑟=
𝑎 1−𝑟무한등비급수의 값:
𝑎𝑟
(𝑘−1) ∞ 𝑘=1=
1−𝑟𝑎
𝑟 > 1
일 때:lim
𝑛→∞𝑠
𝑛= lim
𝑛→∞ 𝑎 1−𝑟𝑛 1−𝑟= ∞
무한등비급수는 발산𝑠
𝑛: n항까지의 부분합 0 ∞예제) 다음 무한등비급수의 수렴과 발산을 조사하고, 수렴하면 그 합을 구하라. (1)
3 + 3 + 1 +
1 3+ ⋯
첫째 항과 공비:𝑎
1= 3 & 𝑟 =
𝑎2 𝑎1=
3 3=
1 3𝑟 < 1
이므로, 주어진 기하급수는 수렴 등비수열의 n째 항:𝑎
𝑛= 𝑎𝑟
(𝑛−1)= 3 ∙
1 3 (𝑛−1), (𝑟 ≠ 0)
무한등비급수의 값 (𝑟 < 1
이므로)lim
𝑛→∞𝑠
𝑛=
𝑎 1−𝑟=
3 1− 1 3=
3−13 3=
3 3 3−1𝑎
𝑛 ∞ 𝑘=1=
3 ∙
13 (𝑘−1) ∞ 𝑘=1=
3 33−1 (2)1 −
53+
259−
12527+ ⋯
첫째 항과 공비:𝑎
1= 1 & 𝑟 =
𝑎2 𝑎1= −
5 3𝑟 > 1
이므로, 주어진 기하급수는 발산 등비수열의 n째 항:𝑎
𝑛= 𝑎𝑟
(𝑛−1)= −
5 3 (𝑛−1), (𝑟 ≠ 0)
무한등비급수의 값 (𝑟 > 1
이므로) : ∞𝑘=1𝑎
𝑛=
−
5 3 (𝑘−1) ∞ 𝑘=1= −∞
Ch. 2. 함수의 극한과 연속 1-2. 함수의 극한
𝑓 𝑥 =
𝑥2−1 𝑥−1 는𝑥 = 1
일 때, 분모가0
이 되므로 함수𝑓(𝑥)
는𝑥 = 1
에서 정의되지 않음. 함수𝑓(𝑥)
에서𝑥
가 1에 접근할 때,𝑓(𝑥)
값은 2에 접근함lim
𝑥→1 𝑥2−1 𝑥−1= 2
※𝑛𝑜𝑡𝑒: 𝑥 = 1
에서𝑓(𝑥)
는 정의되지 않으나,𝑥 → 1
일 때 극한값은 존재함. 함수𝑓 𝑥 =
𝑥2−1 𝑥−1, 𝑥 ≠ 1
𝑉𝑠. 𝑓 𝑥 = 𝑥 + 1
𝑓 𝑥 = 𝑥 + 1
(그림 1) 𝑓 𝑥 =
𝑥2−1 𝑥−1=
(𝑥−1)(𝑥+1) 𝑥−1= 𝑥 + 1, (𝑥 ≠ 1)
(그림 2) (그림 1) -1 1 𝑥 𝑦 0 2 1 -1 1 𝑥 𝑦 0 2 1 𝑓 𝑥 = 𝑥2− 1 𝑥 − 1 (그림 2) 𝑓 𝑥 = 𝑥 + 1 극한값의 발산 (그림 4) 에서
𝑥
가 0에 접근하면, 극한값이 양의 무한대로 발산𝑓 𝑥 =
1 𝑥lim
𝑥→0𝑓(𝑥) = ∞
(그림 5)에서𝑥
가 2에 접근하면, 좌·우 극한값이 양의 무한대로 발산lim
𝑥→2−0𝑓(𝑥) = ∞
lim
𝑥→2+0𝑓(𝑥) = ∞
(그림 6)에서𝑥
가 2에 접근하면, 좌·우 극한값이 음의 무한대로 발산lim
𝑥→2−0𝑓(𝑥) = −∞
lim
𝑥→2+0𝑓(𝑥) = −∞
𝑥 𝑦 0 2 𝑥 𝑦 0 2𝑓 𝑥 =
𝑥−21 (그림 5)𝑓 𝑥 = −
𝑥−21 (그림 6) 𝑓 𝑥 = 1 𝑥 𝑥 𝑦 (그림 4) 01-6. 극한값 계산의 기본형 확정형:
𝑓 𝑥 , 𝑔 𝑥
가 다항함수 일 때(𝑔(𝑥) ≠ 0)
,𝑥
의 정해진 값을 대입 불능형: 𝐶 0 형±∞ (
발산) 부정형 (1) 0 0 형 • 분수함수: 분모, 분자를 인수분해 하여 약분 • 무리함수: 분모, 분자 중 근호가 있는 쪽을 유리화 한다. (2) ∞ ∞ 형 • 분수함수: 분모의 최고 차𝑥
로 분모, 분자를 나눈다. • 무리함수: 근호 밖의 최고 차𝑥
로 분모, 분자를 나눈다. (3)∞ − ∞ 𝑜𝑟 0 × ∞
형 • 인수분해 등을 활용하여 간단한 형태로 변형한 후 계산. 부정형 (1) 0 0 형 : 예제)
lim
𝑥→0 𝑥 𝑥+1−1=
0 0𝑥→0
lim
𝑥 𝑥+1−1= lim
𝑥→0 𝑥 ( 𝑥+1+1) ( 𝑥+1−1)( 𝑥+1+1)= lim
𝑥→0 𝑥( 𝑥+1+1) 𝑥= 2
(2) ∞ ∞ 형 : 예제1)lim
𝑥→∞ 6𝑥2+5𝑥 3𝑥−1=
∞ ∞ 𝑥→∞lim
6𝑥2+5𝑥 3𝑥−1= lim
𝑥→∞ 6𝑥+5 3−1𝑥= ∞
예제2)lim
𝑥→∞ 6𝑥 3+𝑥2−2=
∞ ∞𝑥→∞
lim
6𝑥 3+𝑥2−2= lim
𝑥→∞ 6 3 𝑥2+1− 2 𝑥= 6
(3)∞ − ∞ 𝑜𝑟 0 × ∞
형: 인수분해 등을 활용하여 간단한 형태로 변형한 후 계산. 예제1)lim
𝑥→1 4 𝑥−1−
2 𝑥2−1= ∞ − ∞ lim
𝑥→1 4(𝑥+1)−2 (𝑥−1)(𝑥+1)= lim
𝑥→1 4𝑥+2 (𝑥−1)(𝑥+1)= ∞
예제2)lim
𝑥→1 (𝑥−1) 𝑥2×
1 (𝑥2−1)= 0 × ∞ lim
𝑥→1 (𝑥−1) 𝑥2×
1 (𝑥−1)(𝑥+1)= lim
𝑥→1 1 𝑥2(𝑥+1)=
1 2 분수함수 (분모, 분자를 인수분해 하여 약분) 무리함수 (분모, 분자 중 근호가 있는 쪽을 유리화) 분수함수: 분모의 최고 차𝑥
로 분모, 분자를 나눈다. 무리함수: 근호 밖의 최고 차𝑥
로 분모, 분자를 나눈다.2. 함수의 연속과 불연속 2-3. 연속함수(continuous function) 연속의 조건
𝑥 = 𝑎
에서 함수의 값𝑓 𝑎
가 정의 되어야 함. 𝑥 = 𝑎
에서 극한값lim
𝑥→𝑎𝑓(𝑥 )
가 존재하여야 함. 𝑥 = 𝑎
에서의 극한값과𝑓(𝑎)
가 같아야 함.lim
𝑥→𝑎𝑓(𝑥) = 𝑓(𝑎)
연속함수 함수𝑦 = 𝑓(𝑥)
가𝑥 = 𝑎
에서 연속의 조건을 만족하면,𝑥 = 𝑎
에서 연속 함수𝑓(𝑥)
가 모든𝑥
에서 연속의 조건을 만족할 때, 이 함수를 연속함수 라고 한다. 예시) 함수𝑓 𝑥 = 𝑥
3+ 1
이𝑥 = 1
에서 연속임을 보여라 𝑥 = 1
에서 함수의 값:𝑓 2 = 1
3+ 1 = 2
정의됨 𝑥 = 1
에서 극한값:lim
𝑥→1𝑥
3+ 1 = 2
존재함 𝑥 = 1
에서 함수값 = 극한값:𝑓 1 = lim
𝑥→1𝑥
3+ 1 = 2
일치함∴
함수𝑓 𝑥 = 𝑥
3+ 1
은𝑥 = 1
에서 연속3. 삼각함수의 극한 3-1. 삼각함수 1 호도 (radian): 반지름 r인 원 (그림 1) 에서 반지름과 같은 길이의 원호에 대한 중심각
∠𝐴𝑂𝐵
의 크기∴
∠𝐴𝑂𝐵 = 1 [𝑟𝑎𝑑]
호도법과 60분법의 관계 원의 둘레가
2π𝑟
일 때, 중심각은360°
∴ 2π𝑟: 360
°= 𝑟: 1 [𝑟𝑎𝑑] 360° = 2π [𝑟𝑎𝑑]
부채꼴에서 호의 길이와 면적 중심각이𝜃
일 때, 호의 길이 :𝑙 = 𝑟 · 𝜃
중심각이𝜃
일 때, 부채꼴의 면적:S =
1 2𝑟
2𝜃 =
1 2𝑙 · 𝑟
(그림 1) 𝑂 𝐵 𝐴 𝑟∙
𝑟 ※ ∠𝐴𝑂𝐵 = 1 [𝑟𝑎𝑑] θ∙
3-2. 삼각함수의 극한값
𝑥 → 0
일 때𝑓 𝑥 =
𝑥 𝑠𝑖𝑛 𝑥, (𝑥 = 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛)
의 극한값: 𝑥→0lim
𝑥 𝑠𝑖𝑛 𝑥=
0 0 그림 (2) 에서△𝐴𝑂𝐵
의 중심각𝑥
는0 < 𝑥 <
𝜋 2 (1/4 분면) 𝑂𝐴 = 𝑂𝐵 = 𝑟
각 도형의 면적관계:△𝐴𝑂𝐵 <
부채꼴𝐴𝑂𝐵 < △𝐴𝑂𝑇
로 부터𝑠𝑖𝑛 𝑥 <
𝑥 <
𝑡𝑎𝑛 𝑥
위 식을𝑠𝑖𝑛 𝑥
로 나누면 (※𝑛𝑜𝑡𝑒:
1/4 분면에서𝑠𝑖𝑛 𝑥 ≥ 0
)1 <
𝑠𝑖𝑛 𝑥𝑥<
𝑐𝑜𝑠 𝑥1 𝑥 → 0
일 때, 위 부등식의 극한값:lim
𝑥→01 <
𝑥 𝑠𝑖𝑛 𝑥<
1 𝑐𝑜𝑠 𝑥1 < lim
𝑥→0 𝑥 𝑠𝑖𝑛 𝑥< lim
𝑥→0 1 𝑐𝑜𝑠 𝑥∴ 1 < lim
𝑥→0 𝑥 𝑠𝑖𝑛 𝑥< 1
𝑥→0lim
𝑥 𝑠𝑖𝑛 𝑥=
1
예제)lim
𝑥→0 𝑥 𝑡𝑎𝑛 𝑥=
0 0lim
𝑥→0 𝑥 𝑡𝑎𝑛 𝑥= lim
𝑥→0 𝑥·𝑐𝑜𝑠 𝑥 𝑠𝑖𝑛 𝑥= lim
𝑥→0 𝑥 𝑠𝑖𝑛 𝑥∙ 𝑐𝑜𝑠 𝑥
∴
lim
𝑥→0 𝑥 𝑡𝑎𝑛 𝑥= lim
𝑥→0 𝑥 𝑠𝑖𝑛 𝑥·
𝑥→0lim
𝑐𝑜𝑠 𝑥 = 1
𝑂 𝐵 𝐴 (그림 2) 𝑥 𝑟 𝐻 𝑇 부정형: case (1)4. 지수함수의 극한 4-1. 지수함수 지수함수의 정의 실수
𝑥
에 대하여,2
𝑥, 5
𝑥 등 과 같이𝑎
𝑥 의 값이 정해지는 함수.𝑦 = 𝑎
𝑥,
(𝑎 > 0 , 𝑎 ≠ 1)
로 표시되며,𝑦
는𝑎
를 밑(base)으로 하는𝑥
의 지수함수라 함. 지수함수 그래프는 점(0,1)을 지나고,𝑥
축(𝑦 = 0)
이 점근선 지수함수에서𝑎 > 1
인 경우와0 < 𝑎 < 1
인 경우 1 1 2 𝑦 𝑥 0 𝑦 = 2𝑥 < 단조증가:𝑎 > 1
> 1 1 0.5 𝑦 𝑥 0 𝑦 = 0.5𝑥 < 단조감소:0 < 𝑎 < 1
>4-2. 지수함수의 극한값 (1)
𝑎 > 1
인 경우 lim
𝑥→∞𝑎
𝑥= ∞
lim
𝑥→−∞𝑎
𝑥= 0
lim
𝑥→0𝑎
𝑥= 1
lim
𝑥→1𝑎
𝑥= 𝑎
예시) 다음의 극한값을 구하라
.
(1)
lim
𝑥→03
𝑥= 3
0= 1
(2)
lim
𝑥→∞ 2𝑥 5𝑥=
∞ ∞𝑥→∞
lim
2𝑥 5𝑥= lim
𝑥→∞ 2 5 𝑥= 0
(3)
lim
𝑥→∞6
𝑥∙
1 3 𝑥= ∞ × 0
lim
𝑥→∞6
𝑥∙
1 3 𝑥= lim
𝑥→∞ 6 3 𝑥= lim
𝑥→∞2
𝑥= ∞
(2)0 < 𝑎 < 1
인 경우 lim
𝑥→∞𝑎
𝑥= 0
lim
𝑥→−∞𝑎
𝑥= ∞
lim
𝑥→0𝑎
𝑥= 1
lim
𝑥→1𝑎
𝑥= 𝑎
1 1 𝑎 𝑦 𝑥 0 𝑎 𝑎 > 1 0 < 𝑎 < 1 <지수함수:𝑦 = 𝑎
𝑥>5. 로그함수의 극한 5-1. 로그함수
로그의 정의: 임의의 양수
𝑏
에 대해,𝑎
𝑥= 𝑏 , (𝑎 > 0 , 𝑎 ≠ 1)
를 만족시키는 실수𝑥
는 오직 하나 이 임의의 양수𝑏
에 대한𝑥
값𝑥 = 𝑙𝑜𝑔
𝑎𝑏
로그함수의 정의: 양의 실수 𝑥 에 대하여
log
2𝑥 , log
3𝑥
등과 같이log
𝑎𝑥
의 값이 정해지는 함수
𝑦 = log
𝑎𝑏 , (𝑎 > 0, 𝑎 ≠ 1)
로그함수 그래프는 점(1, 0)을 지나고,𝑦
축(𝑥 = 0)
이 점근선 로그함수 에서𝑎 > 1
인 경우와0 < 𝑎 < 1
인 경우 1 2 1 𝑦 𝑥 0𝑦 = log
2𝑥
< 단조증가:𝑎 > 1
> 1 1 0.5 𝑦 𝑥 0𝑦 = log
0.5𝑥
< 단조감소:0 < 𝑎 < 1
>5-2. 로그함수의 극한값 (1)
𝑎 > 1
인 경우 lim
𝑥→∞log
𝑎𝑥 = ∞
lim
𝑥→+0log
𝑎𝑥 = −∞
lim
𝑥→𝑎log
𝑎𝑥 = 1
lim
𝑥→1log
𝑎𝑥 = 0
예시) 다음 로그함수의 극한값을 구하라 (1)log
0.5𝑥
lim
𝑥→+0
log
0.5𝑥 = ∞ &
𝑥→∞lim
log
0.5𝑥 = −∞
lim
𝑥→0.5
log
0.5𝑥 = 1 &
𝑥→1lim
log
0.5𝑥 = 0
(2)
𝑦 = log
2𝑥 − 1
(※𝑛𝑜𝑡𝑒:
점근선𝑥 = 1
)
lim
𝑥→1+0
log
2𝑥 − 1 = −∞ & lim
𝑥→∞log
2𝑥 − 1 = ∞
lim
𝑥→3
log
2𝑥 − 1 = 1 & lim
𝑥→2log
2𝑥 − 1 = 0
(2)
0 < 𝑎 < 1
인 경우 lim
𝑥→∞log
𝑎𝑥 = −∞
lim
𝑥→+0log
𝑎𝑥 = ∞
lim
𝑥→𝑎log
𝑎𝑥 = 1
lim
𝑥→1log
𝑎𝑥 = 0
1 𝑎 1 𝑦 𝑥 0 𝑎 > 1 𝑎 <로그함수:log
𝑎𝑥
> 0 < 𝑎 < 1 자연상수 (
𝑒
) 의 정의 𝑥
가0
에 한없이 접근할 때 함수𝑓 𝑥 = 1 + 𝑥
1 𝑥 의 극한값lim
𝑥→01 + 𝑥
1 𝑥= 𝑒
𝑒
를 자연상수라 함:𝑒 = 2.718281828 …
무리수 자연로그의 정의 자연상수𝑒
를 밑으로 하는 로그log
𝑒𝑥 = ln 𝑥
예시) 다음의 극한값을 구하라. (1)lim
𝑥→0 ln(1+𝑥) 𝑥=
0 0𝑥→0
lim
ln(1+𝑥) 𝑥= lim
𝑥→0 1 𝑥∙ ln(1 + 𝑥) = lim
𝑥→0ln(1 + 𝑥)
1 𝑥∴
lim
𝑥→0ln(1 + 𝑥)
1 𝑥= ln 𝑒 = 1
※𝑛𝑜𝑡𝑒:
lim
𝑥→0(1 + 𝑥)
1 𝑥= 𝑒
(2)lim
𝑥→0(1 + 3𝑥)
1 𝑥= (1 + 0)
∞lim
𝑥→0(1 + 3𝑥)
1 𝑥= lim
𝑥→01 + 3𝑥
1 𝑥× 3 3= lim
𝑥→01 + 3𝑥
1 3𝑥×3∴
lim
𝑥→01 + 3𝑥
1 3𝑥×3= 𝑒
3𝑒
Ch 3. 미분법 1-1. 평균변화율
𝑥
의 증분 (𝑥
의 변화량):𝑎 + ∆𝑥 − 𝑎 = ∆𝑥 𝑜𝑟 𝑏 − 𝑎 = ∆𝑥
𝑦
의 증분 (𝑦
의 변화량):𝑓 𝑎 + ∆𝑥 − 𝑓 𝑎 = ∆𝑦 𝑜𝑟 𝑓(𝑏) − 𝑓(𝑎) = ∆𝑦
평균변화율: 두변화량(∆𝑥 & ∆𝑦)
의 비 ∆𝑦 ∆𝑥=
𝑓 𝑎+∆𝑥 −𝑓(𝑎) 𝑎+∆𝑥 −𝑎=
𝑓 𝑎+∆𝑥 −𝑓(𝑎) ∆𝑥 평균변화율의 기하학적 의미: 점𝑃(𝑥
1, 𝑦
1)
과 점Q(𝑥
2, 𝑦
2)
를 지나는 직선의 기울기 1-2. 순간변화율 (𝑜𝑟
미분계수):𝑥 = 𝑎
에서 평균변화율의 극한값 𝑑𝑦 𝑑𝑥|
𝑥=𝑎= 𝑓
′𝑎 = lim
∆𝑥→0 𝑓 𝑎+∆𝑥 −𝑓(𝑎) ∆𝑥= lim
𝑏→𝑎 𝑓 𝑏 −𝑓(𝑎) 𝑏−𝑎 미분계수𝑓
′𝑎
의 기하학적 의미 𝑓
′𝑎
는𝑥 = 𝑎
에서 함수𝑓(𝑥)
의 접선의 기울기. 𝑥 = 𝑎
에서 접선의 방정식:𝑦 − 𝑓 𝑎 = 𝑓′(𝑎)(𝑥 − 𝑎)
1-3. 도함수 or 미분 (derivative): 모든𝑥
대한 평균변화율의 극한값. 𝑓
′𝑥 = lim
∆𝑥→0 𝑓 𝑥+∆𝑥 −𝑓(𝑥) ∆𝑥미분의 정의 𝑎 𝑎 + ∆𝑥 𝑦 = 𝑓(𝑥) 𝑥 𝑦 𝑄 𝑃 ∆𝑥 ∆𝑦 0 𝑓(𝑎 + ∆𝑥) 𝑓(𝑎) 𝑏 𝑏 접선 𝑎𝑡 𝑥 = 𝑎
29 예제)
𝑓 𝑥 = 𝑥
2+ 𝑥
에 대해 다음을 구하라. (1) 구간 [1, 2] 에서𝑓 𝑥
의 평균변화율: ∆𝑦 ∆𝑥=
𝑓 𝑎+∆𝑥 −𝑓(𝑎) ∆𝑥=
𝑓 𝑏 −𝑓(𝑎) 𝑏−𝑎 ∆𝑦 ∆𝑥=
𝑓 2 −𝑓(1) 2−1=
22+2 − 12+1 1= 4
(2) 두 점 (2, 𝑓(2)
) 와 (1, 𝑓(1)
)을 통과하는 직선:𝑦 − 𝑓 1 =
∆𝑦 ∆𝑥𝑥 − 1 𝑜𝑟 𝑦 − 𝑓 2 =
∆𝑦 ∆𝑥𝑥 − 2
𝑦 − 1
2+ 1 = 4 𝑥 − 1
𝑦 − 2
2+ 2 = 4 𝑥 − 2
(3)𝑥 = 1
에서𝑓 𝑥
의 미분계수를 정의에 의해 구하라𝑓
′1 = lim
∆𝑥→0 𝑓 1+∆𝑥 −𝑓(1) ∆𝑥∴ 𝑓
′1 = lim
∆𝑥→0 1+∆𝑥 2+ 1+∆𝑥 −{12+1} ∆𝑥= lim
∆𝑥→0 (∆𝑥2+3∆𝑥) ∆𝑥= lim
∆𝑥→0∆𝑥 + 3 = 3
※𝑛𝑜𝑡𝑒:
𝑓
′𝑥 = (𝑥
2+ 𝑥)
′=
𝑑𝑥𝑑𝑥
2+ 𝑥 = 2𝑥 + 1
𝑓
′1 = 2 + 1 = 3
(4)𝑥 = 1
에서 접선의 방정식:𝑦 − 𝑓 1 = 𝑓′(1)(𝑥 − 1)
𝑓
′1 = 3 & 𝑓 1 = 1
2+ 1 = 2 𝑦 − 2 = 3(𝑥 − 1) ∴ 𝑦 = 3𝑥 − 1
𝑦 = 4𝑥 − 2
2. 함수의 미분 2-1. 미분의 정의 미분의 정의로 도함수를 구하는 것은 매우 복잡함 미분의 정의:
𝑓
′𝑥 = lim
∆𝑥→0 𝑓 𝑥+∆𝑥 −𝑓(𝑥) ∆𝑥 예시)𝑓 𝑥 = 𝑥
2− 4
의 도함수𝑓
′𝑥 = lim
∆𝑥→0 𝑥+∆𝑥 2−4 −{𝑥2−4} ∆𝑥∴ 𝑓
′𝑥 = lim
∆𝑥→0 𝑥2+2𝑥∆𝑥+∆𝑥2 −4 − 𝑥2−4 ∆𝑥= lim
∆𝑥→0 (2𝑥∆𝑥+∆𝑥2) ∆𝑥= lim
∆𝑥→0 (2𝑥+∆𝑥)∆𝑥 ∆𝑥= 2𝑥
※𝑛𝑜𝑡𝑒: 𝑓
′𝑥 = (𝑥
2− 4)
′= 2𝑥
미분법 정리 (정의에 의해 구한 도합수의 결과를 유형별로 정리) 𝑓 𝑥 = 𝑐
이면,𝑓
′𝑥 = 0,
(𝑐
는 상수) 𝑐𝑓 𝑥
′= 𝑐𝑓
′𝑥 ,
(𝑐
는 상수) 𝑓 𝑥 = 𝑥
𝑛 이면,𝑓
′𝑥 = 𝑛𝑥
𝑛−1 𝑓 𝑥 ± 𝑔(𝑥)
′= 𝑓
′𝑥 ± 𝑔
′𝑥
𝑓 𝑥 𝑔(𝑥)
′= 𝑓
′𝑥 𝑔 𝑥 + 𝑓(𝑥)𝑔′(𝑥)
𝑓(𝑥) 𝑔(𝑥)
′ =
𝑓′ 𝑥 𝑔 𝑥 −𝑓 𝑥 𝑔′(𝑥) 𝑔2(𝑥) , (𝑔 ≠ 0
)2-2. 합성함수의 미분 (Chain Rule) 함수
𝑦 = (2𝑥 + 1)
2 의 미분 우변을 전개하면,𝑦 = 4𝑥
2+ 4𝑥 + 1
이 함수의 도함수:𝑦
′= 4𝑥
2+ 4𝑥 + 1
′= 8𝑥 + 4 = 4 2𝑥 + 1
함수𝑦 = (2𝑥 + 1)
5 의 미분 ??? 합성함수 •𝑦 = (2𝑥 + 1)
5 에서2𝑥 + 1 = 𝑢
로 놓으면𝑦 = 𝑢
5•
𝑦 = (2𝑥 + 1)
5𝑢 = 2𝑥 + 1
과𝑦 = 𝑢
5 의 합성함수 그러므로,𝑦 = 𝑢
5 를𝑢
에 대해 미분하고,𝑢 = 2𝑥 + 1
를𝑥
에 대해 미분하면,•
𝑑𝑦𝑑𝑢=
𝑑𝑢𝑑𝑢
5= 5𝑢
4 • 𝑑𝑢 𝑑𝑥=
𝑑 𝑑𝑥2𝑥 + 1 = 2
𝑑𝑦 𝑑𝑥=
𝑑𝑦 𝑑𝑢·
𝑑𝑢 𝑑𝑥= 5𝑢
4· 2
𝑑𝑦 𝑑𝑥= 10𝑢
4= 10 2𝑥 + 1
42-3. 음함수의 미분법 음함수의 미분: 양함수
𝑦 = 𝑓(𝑥)
형태로 변환하지 않고 chain rule을 이용하여 미분함. 𝑑 𝑑𝑥𝑓(𝑥, 𝑦) =
𝑑 𝑑𝑦𝑓(𝑥, 𝑦) ∙
𝑑𝑦 𝑑𝑥 예제) 함수𝑦
2𝑥
2= 𝑥 + 3
의 미분 𝑑𝑦 𝑑𝑥 을 구하라. 양변을𝑥
에 대해 미분: 𝑑 𝑑𝑥𝑦
2𝑥
2=
𝑑 𝑑𝑥𝑥
3+ 3
𝑑 𝑑𝑥𝑦
2𝑥
2= 3𝑥
2 (1) 곱의 미분: 𝑑 𝑑𝑥𝑦
2𝑥
2= 𝑥
2∙
𝑑 𝑑𝑥𝑦
2+ 𝑦
2∙
𝑑 𝑑𝑥𝑥
2= 𝑥
2∙
𝑑 𝑑𝑥𝑦
2+ 𝑦
2∙ 2𝑥
(2) Chain Rule: 𝑑 𝑑𝑥𝑦
2=
𝑑 𝑑𝑦𝑦
2∙
𝑑𝑦 𝑑𝑥= 2𝑦
𝑑𝑦 𝑑𝑥 (1) & (2) 로 부터: 𝑑 𝑑𝑥𝑦
2𝑥
2= 𝑥
2∙ 2𝑦
𝑑𝑦 𝑑𝑥+ 𝑦
2∙ 2𝑥
∴
𝑥
2∙ 2𝑦
𝑑𝑦𝑑𝑥+ 𝑦
2∙ 2𝑥 = 3𝑥
2𝑥
2∙ 2𝑦
𝑑𝑦𝑑𝑥= −2𝑥𝑦
2+ 3𝑥
2𝐹𝑖𝑛𝑎𝑙𝑙𝑦,
𝑑𝑦𝑑𝑥=
−2𝑥𝑦2𝑦𝑥2+3𝑥2 22-4. 역함수의 미분법 주어진 함수의 역함수를 구함. 역함수의 미분 또한 음함수의 미분과 같은 방법으로 미분 𝑑𝑥𝑑