우석대학교 에너지공학과
이우금 교수
퀴즈4 검토
문제) 𝑦 = sin(2𝑥 − π) 에서 다음을 구하고, 그래프를 그리시오. 1) 진폭: 2) 주기: 3) 주파수: 4) 위상이동: 5) 그래프 𝑦 = sin(2𝑥 − π) , (단, −π2 ≤ 𝑥 ≤ 3π2 ) ※ 각속도: ω= 2 2 𝐴 𝑜𝑟 𝐴 ? 최대값 = 1, 최소값 = -1 𝑇 = 2π ω = π 1 𝑇 = 1 π ∅ ω = 3π 2 -π2 0 𝑦 𝑥 π 1 −1 π 2 위상이동 주기 π 25-7. 역 삼각함수 (복습)
역함수: 오직 1:1 함수에만 존재함. 사인함수 𝑦 = sin 𝑥 의 역함수가 존재하는가? 1:1 함수가 아닌 경우: 정의역을 축소함으로써, 축소된 범위 내에서 1:1 함수가 되도록 할 수 있음. 5-7-1. 사인함수의 역함수 사인함수의 정의역을 (−π2,π2) 로 축소하면, 축소된 함수 𝑦 = sin 𝑥, (−π2 ≤ 𝑥 ≤ π2 ) 는 1:1 함수이므로 역함수를 갖는다. 𝑦 𝑥 0 −π 2 π 2 2π -π 0 𝑦 𝑥 π 1 −1 𝑏 사인함수의 역함수: 아크사인 함수 (arcsine function) −1 ≤ 𝑥 ≤ 1, −π ≤ 𝑦 ≤ π 에 대해서 𝑥 = sin 𝑦 𝑦 = sin−1𝑥5-7-2. 코사인함수의 역함수 코사인함수 𝑦 = cos 𝑥 에서 𝑦 = b 가 되는 𝑥 는 무수히 많으므로, 함수 𝑦 = cos 𝑥 는 구간 (−∞, ∞) 상에서 일대일 함수가 아니다. 그러나, 코사인함수 𝑦 = cos 𝑥 의 정의역 구간을 (0, π) 로 축소하면, 축소된 함수 𝑦 = cos 𝑥, 0 ≤ 𝑥 ≤ π 는 1:1 함수이므로 역함수를 갖는다. 이 축소된 코사인함수의 역함수를 역코사인 함수라 하고, 𝑦 = cos−1𝑥 로 표기. (아크코사인 𝑥 라 함) 3π 𝜋 2 0 𝑦 𝑥 π 1 −1 𝑏 2π −𝜋 2 𝑦 𝑥 0 π 2 π 1 −1
아크코사인 함수 (arccosine function)의 정의 −1 ≤ 𝑥 ≤ 1, 0 ≤ 𝑦 ≤ π 에 대해서 𝑦 = cos−1𝑥 𝑥 = cos 𝑦 ※ note: 아크코사인 함수에서는 축소된 코사인함수의 독립변수와 종속변수의 역할이 바뀌므로, 𝑥 와 𝑦 의 구간이 변경됨 (−1 ≤ 𝑥 ≤ 1, 0 ≤ 𝑦 ≤ π) 또한, 𝑦 = cos−1𝑥 는 𝑥 = cos 𝑦 를 의미하므로, 『𝑦 는 코사인함수 값이 𝑥 일 때의 각』 함수와 그 역함수에 관한 성질에 의해, 다음이 정의 됨. cos−1(cos 𝑦) = 𝑦, 0 ≤ 𝑦 ≤ π cos−1(cos 𝑥) = 𝑥, − 1 ≤ 𝑥 ≤ 1
예제 2) 다음 값을 구하라. (1) co𝑠−10 𝑦 = cos−10 0 = cos 𝑦 코사인함수의 값이 0 이 되기 위한 각 코사인함수의 값이 0 이 되기 위한 각은 수없이 많음: −π2,π2,3π2 … 아크코사인 정의에 의해 구간은: −1 ≤ 𝑥 ≤ 1, 0 ≤ 𝑦 ≤ π 따라서, cos−10 =𝜋 2 (2) cos−1(−12) 𝑦 = cos−1(−1 2) − 1 2 = cos 𝑦 구간 0 ≤ 𝑦 ≤ π 에서 코사인함수의 값이 −12 이 되기 위한 각은? 따라서, cos−1(−1 2) = 2π 3 0 0 𝑦 𝑥 𝜋 2 1 −1 3𝜋 2 −𝜋 2 5𝜋2 4𝜋 3 2𝜋 3 8𝜋 3 π −1 2
아크코사인 함수의 그래프 아크코사인 함수의 정의에 의해 축소된 코사인함수 𝑦 = cos 𝑥, 0 ≤ 𝑥 ≤ π 에서 독립변수와 종속변수를 맞바꾸면, 아크사인 함수 𝑥 = cos 𝑦 (𝑜𝑟, 𝑦 = cos−1𝑥, 0 ≤ 𝑦 ≤ π , −1 ≤ 𝑥 ≤ 1) 가 됨. 이것은 축소된 코사인함수 𝑦 = cos 𝑥, 0 ≤ 𝑥 ≤ π 의 그래프를 직선 𝑦 = 𝑥 에 관하여 대칭한 것. 𝑦 = cos 𝑥, 0 ≤ 𝑥 ≤ π 𝑦 = cos−1𝑥, −1 ≤ 𝑥 ≤ 1 𝑦 = 𝑥 𝑦 𝑥 0 π 2 π 1 −1 𝑦 = 𝑥 𝑦 𝑥 0 π 2 π 1 −1
5-7-3. 탄젠트함수의 역함수 탄젠트함수 𝑦 = tan 𝑥 에서 𝑦 = b 가 되는 𝑥 는 무수히 많으므로, 함수 𝑦 = tan 𝑥 는 구간 (−∞, ∞) 상에서 일대일 함수가 아니다. 그러나, 탄젠트함수 𝑦 = tan 𝑥 의 정의역 구간을 (−π2, π2) 로 축소하면, 축소된 함수 𝑦 = tan 𝑥, −π2 < 𝑥 < π2 는 1:1 함수이므로 역함수를 갖는다. 이 축소된 탄젠트함수의 역함수를 역탄젠트 함수라 하고, 𝑦 = tan−1𝑥 로 표기. (아크탄젠트 𝑥 라 함) 𝑦 𝑥 0 −𝜋 2 1 −1 𝜋 2 𝑦 𝑥 0 1 −1 𝜋 2 −𝜋 2 𝜋 2 3𝜋 2 −3𝜋 2 −π π 𝒚 = 𝒃
아크탄젠트 함수 (arctangent function)의 정의 −∞ < 𝑥 < ∞, −π2 < 𝑦 < π2 에 대해서 𝑦 = tan−1𝑥 𝑥 = tan 𝑦 ※ note: 아크탄젠트 함수에서는 축소된 탄젠트함수의 독립변수와 종속변수의 역할이 바뀌므로, 𝑥 와 𝑦 의 구간이 변경됨 (−∞ < 𝑥 < ∞, −π2 < 𝑦 < π2) 또한, 𝑦 = tan−1𝑥 는 𝑥 = tan 𝑦 를 의미하므로, 『𝑦 는 탄젠트함수 값이 𝑥 일 때의 각』 함수와 그 역함수에 관한 성질에 의해, 다음이 정의 됨. tan−1(tan 𝑦) = 𝑦, −π 2 < 𝑦 < π 2 cos−1(cos 𝑥) = 𝑥, − ∞ < 𝑥 < ∞
예제 3) 다음 값을 구하라. (1) tan−11 𝑦 = tan−11 1 = tan 𝑦 탄젠트함수의 값이 1 이 되기 위한 각 탄젠트함수의 값이 1 이 되기 위한 각은 수없이 많음: −3π4 , π4 , 5π4 … 아크탄젠트 정의에 의해 구간은: −∞ < 𝑥 < ∞, −π2 ≤ 𝑦 ≤ π2 따라서, tan−11 =𝜋 4 (2) tan−1(− 3) 𝑦 = tan−1(− 3) − 3 = cos 𝑦 구간 −π2 ≤ 𝑦 ≤ π2 에서 탄젠트함수의 값이 − 3 이 되기 위한 각은? 따라서, tan−1(− 3) = −π 𝑦 𝑥 0 1 −1 𝜋 2 −𝜋 2 𝜋 2 3𝜋 2 −3𝜋 2 −π π π 4 −3π 4 5π 4 −𝜋 3 −4𝜋 3 2𝜋3 - 3
아크탄젠트 함수의 그래프 아크탄젠트 함수의 정의에 의해 축소된 탄젠트함수 𝑦 = tan 𝑥, −π 2 < 𝑥 < π 2 에서 독립변수와 종속변수를 맞바꾸면, 아크탄젠트함수 𝑥 = tan 𝑦 (𝑜𝑟, 𝑦 = tan−1𝑥, −π 2 < 𝑦 ≤ π 2, −∞ < 𝑥 < ∞) 가 됨. 이것은 축소된 탄젠트함수 𝑦 = tan 𝑥, −π2 < 𝑥 < π2 의 그래프를 직선 𝑦 = 𝑥 에 관하여 대칭한 것. 𝑦 = tan−1𝑥 𝑦 = tan 𝑥 𝑦 = 𝑥 𝑦 𝑥 0 −𝜋 2 1 −1 𝜋 2 𝑦 = 𝑥 𝑦 𝑥 0 −𝜋 2 1 −1 𝜋 2
예제 4) 다음 값을 구하라. (1) sin[(cos−1( 3 2)] 𝑦 = cos−1( 3 2) 3 2 = cos 𝑦 코사인함수의 값이 3 2 이 되기 위한 각. 아크코사인 정의에 의해 구간 0 < 𝑦 < π 에서 코사인함수의 값이 23 이 되기 위한 각은 π 6 , 따라서 𝑦 = cos −1 3 2 = 𝜋 6 그러므로, sin[(cos−1( 3 2)] = sin π 6 = 1 2 (2) cos[tan−1(− 1)] 𝑦 = tan−1(− 1) − 1 = tan 𝑦 탄젠트함수의 값이 −1 이 되기 위한 각. 아트탄젠트 정의에 의해 구간 −π2 ≤ 𝑦 ≤ π2 에서 탄젠트함수의 값이 −1이 되기 위한 각은 −π4 , 따라서 𝑦 = tan−1(−1) = −𝜋 4 그러므로, cos[tan−1(− 1)] = cos −π 4 = 2 2
예제 5) 다음 값을 구하라. (1) sin[(tan−1(1 2)] 𝑦 = tan−1(1 2) 1 2= tan 𝑦 𝑦 는 탄젠트함수의 값이 12 이 되기 위한 각. 또한, 1 2= tan 𝑦 > 0 이므로, 각 𝑦 는 1/4분면 또는 3/4분 면의 각. 아크탄젠트 정의에 의해 −π2 ≤ 𝑦 ≤ π2 이므로, 각 𝑦 는 4/4분면 또는 1/4분 면의 각. 그러므로, 각 𝑦 는 1/4분 면의 각이 되어야 함. 0 < 𝑦 < π 2 직각삼각형 (피타고라스 정리) 5 𝑦 o 𝑥 𝑦 (양의 삼각함수) sin all tan cos
예제 6) 다음 값을 구하라. (1) cos[(sin−1(−1 3)] 𝑦 = sin−1(−1 3) − 1 3= sin 𝑦 𝑦 는 사인함수의 값이 −13 이 되기 위한 각. 또한, −13= sin 𝑦 < 0 이므로, 각 𝑦 는 3/4분면 또는 4/4분 면의 각. 아크사인 정의에 의해 −π2 ≤ 𝑦 ≤ π2 이므로, 각 𝑦 는 4/4분면 또는 1/4분 면의 각. 그러므로, 각 𝑦 는 4/4분 면의 각이 되어야 함. −π2 < 𝑦 < 0 직각삼각형 (피타고라스 정리) sin 𝑦 = −13 최종적으로, cos[(sin−1(−1 3)] = cos 𝑦 = 2 2 3 3 1 2 2 𝑦 𝑦 𝑥 (2 2, −1) −1 o 𝑥 𝑦 (양의 삼각함수) sin all tan cos
집합
1-1. 집합의 정의
(1) 어떤 것이 그 집합에 들어 있는지 아닌지 식별할 수 있다. (2) 그 집합에서 두 개를 뽑아냈을 때, 그것이 서로 같은 것인지 또는 다른 것인지를 식별할 수 있다.1-2. 집합을 나타내는 방법
원소나열 법 1, 2, 3 과 같이 대상이 되는 1, 2, 3을 괄호 안에 나열하여 나타내는 방법. 조건제시 법 𝑥|𝑥 는 자연수 와 같이 대상의 공통적인 성질을 설명하여 집합을 나타내는 방법. 𝑥 가 집합 A에 속한 대상일 때, 𝑥 ∈ 𝐴 라 쓰고, 𝑥 를 집합 𝐴 의 원소라 한다.중간시험 총정리 I
1-3. 집합의 연산
(1) 공집합: 어떤 원소도 갖지 않는 집합, ∅ 로 표기. (2) 두 집합 𝐴, 𝐵 의 원소가 모두 같을 때, 𝐴 와 𝐵 는 같다라고 하며, 𝐴 = 𝐵 로 쓴다. (3) 두 집합 𝐴, 𝐵 가 주어질 때, 𝐴 와 𝐵 의 합집합은 𝐴 ∪ 𝐵 = 𝑥 𝑥 ∈ 𝐴 또는 𝑥 ∈ 𝐵 이다. (4) 두 집합 𝐴, 𝐵 가 주어질 때, 𝐴 와 𝐵 의 교집합은 𝐴 ∩ 𝐵 = 𝑥 𝑥 ∈ 𝐴 이고 𝑥 ∈ 𝐵 이다. (5) 두 집합 𝐴, 𝐵 가 주어질 때, 𝐴 와 𝐵 의 차집합은 𝐴 − 𝐵 = 𝑥 𝑥 ∈ 𝐴 이고 𝑥 ∉ 𝐵 이다. (6) 집합 𝐴 의 모든 원소가 집합 𝐵 의 원소 일 때, 𝐴 는 𝐵 의 부분집합이고, 𝐴 ⊂ 𝐵 로 표기. (7) 𝑈 가 전체집합 이고, 𝐴 ⊂ 𝑈 일 때, 𝑈 − 𝐴 를 𝐴 의 여집합이라 하고, 𝐴𝑐 로 표기. (집합연산 예) 전체집합 𝑈 = 1, 2, 3, 4, 5 이고, 𝐴 = 1, 2, 3 , 𝐵 = 3, 4 라고 하면, 𝐴 ⊂ U 𝐵 ⊂ 𝑈 𝐴 ∪ 𝐵 = 1, 2, 3, 4 𝐴 ∩ 𝐵 = 3 𝐴 − 𝐵 = 1, 2 𝐴𝑐 = 𝑈 − 𝐴 = 4, 5 𝐴 − 𝐴 = ∅ 4 1 2 3 5 A B U 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.
𝑥 ㆍ ㆍ ㆍ ㆍ 공역 (codomain) 𝑦 ㆍ ㆍ ㆍ ㆍ X Y 정의역 (domain) 함수 𝑓 의 치역 (range)
함수
𝑓 역함수 함수 𝒇 : X Y 가 일대일 대응일 때, Y의 각 원소 𝑦 에 대해 𝑓 𝑥 = 𝑦 인 X의 원소 𝑥 가 단 하나 존재하므로, Y를 정의역, X를 치역으로 하는 Y 에서 X 로의 함수를 얻을 수 있음. 위의 그림 중 아래 함수에 해당하는 것은? 𝑦 = 𝑥 + 1 𝑦 = cos 𝑥 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 𝑦3 𝑥4 위의 함수 중 역함수가 존재하는가? (그림 1-1) (그림 2-1) (그림 3-1) X Y 𝑥0 𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑦1 𝑦0 𝑦2 𝑥 X Y 𝑥0 𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑦1 𝑦0 𝑦2 𝑦3 X Y 𝑥0 𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑦1 𝑦0 𝑦2
1차 함수 (직선 방정식)
1) 기울기가 𝑚 이고, 𝑦 절편이 𝑏 인 직선 𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏 2) 기울기가 𝑚 이고, 점 (𝑥1, 𝑦1) 을 지나는 직선 𝑦 − 𝑦1 = 𝑚(𝑥 − 𝑥1) 3) 두 점 (𝑥1, 𝑦1), (𝑥2, 𝑦2) 을 지나는 직선 𝑦 − 𝑦1 =𝑦2−𝑦1 𝑥2−𝑥1 𝑥 − 𝑥1 (단, 𝑥1 ≠ 𝑥2) 4) 𝑥 절편이 𝑎, 𝑦 절편이 𝑏 인 직선 𝑥 𝑎+ 𝑦 𝑏 = 1 (단, 𝑎𝑏 ≠ 0) 2차 함수 그래프의 성질
1) 기본형: 𝑦 = 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐 2) 위의 기본형을 완전제곱 꼴로 바꾸면, 𝑦 = 𝑎 𝑥2+𝑏 𝑎𝑥 + 𝑐 = 𝑎 𝑥2 + 𝑏 𝑎𝑥 + 𝑏2 4𝑎2 + 𝑐 − 𝑏2 4𝑎 = 𝑎(𝑥 +2𝑎𝑏)2 + 𝑐 −𝑏2 4𝑎 = 𝑎(𝑥 + 𝑏 2𝑎)2 + 4𝑎𝑐−𝑏2 4𝑎 ※ 함수의 평행이동 함수 𝑦 − 𝑛 = 𝑓 𝑥 − 𝑚 𝑦 = 𝑓 𝑥 의 그래프를 𝑥축 방향으로 m , 𝑦 축방향으로 n 만큼 평행 이동한 그래프. 3) 이차함수의 완전제곱 꼴 𝑦 = 𝑎(𝑥 + 𝑏 2𝑎) 2 + 4𝑎𝑐−𝑏2 4𝑎 𝑦 = 𝑎𝑥2 을 𝑥축 방향으로 − 𝑏 2𝑎 만큼, 𝑦축 방향으로 4𝑎𝑐−𝑏2 4𝑎 만큼 평행 이동한 그래프. 대칭축: 𝑥 = −2𝑎𝑏 , 꼭지점: (−2𝑎𝑏 , 4𝑎𝑐−𝑏4𝑎 2)𝑥
𝑦
𝑛 𝑦 = 𝑎𝑥2 (𝑎 > 0) 𝑚0
𝑦 = 𝑎(𝑥 − 𝑚)2+ 𝑛4) 2차 함수의 그래프 이차 함수 𝑦 = 𝑎𝑥2+ 𝑏𝑥 + 𝑐 의 그래프는 좌표평면에서 포물선의 형태로 나타남. 𝑎 > 0 이면, 아래로 볼록한 포물선 𝑎 < 0 이면, 위로 볼록한 포물선 예제) 다음 2차 함수에서 대칭축과 꼭지점을 구하라.
𝑦 = −𝑥
2+ 2𝑥 + 3 = − 𝑥 − 1
2+ 4
𝑦 = 𝑎𝑥2+ 𝑏𝑥 + 𝑐𝑥
𝑦
0𝑥
𝑦
0 𝑎 > 0 𝑎 < 0 근의 공식
𝑦 = 0 일 경우 이차함수의 식을 이차방정식 이라 함. 0 = 𝑎𝑥2+ 𝑏𝑥 + 𝑐 위의 이차방정식을 만족하는 근을 구하기 위해, 위의 식을 변형하면, 0 = 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐 = 𝑎(𝑥 + 𝑏 2𝑎) 2 + 𝑐 −𝑏2 4𝑎 = 𝑥 + 𝑏 2𝑎 2 − 𝑏24𝑎−4𝑎𝑐2 𝑥 + 2𝑎𝑏 2 = 𝑏24𝑎−4𝑎𝑐2 위의 식을 𝑥 에 대해 풀면, 근의 공식을 구할 수 있음. 𝑥 = ± 𝑏24𝑎−4𝑎𝑐2 −2𝑎𝑏 = −𝑏± 𝑏2𝑎2−4𝑎𝑐 판별식
1) 𝑏2− 4𝑎𝑐 > 0 : 𝑥 는 서로 다른 두 개의 실근 2) 𝑏2− 4𝑎𝑐 = 0 : 𝑥 = − 𝑏 2𝑎 인 한 개의 실근 3) 𝑏2− 4𝑎𝑐 < 0 : 𝑥 는 허근 (공액복소근) 정수의 지수법칙 (m, n 이 정수 일 때)
1) 𝑎𝑚 × 𝑎𝑛 = 𝑎𝑚+𝑛 2) (𝑎𝑚)𝑛 = 𝑎𝑚𝑛 3) (𝑎𝑏)𝑚= 𝑎𝑚𝑏𝑚 4) (𝑏𝑎)𝑚 = 𝑏𝑎𝑚𝑚 5) 𝑎𝑚 𝑎𝑛 = 𝑎𝑚−𝑛 𝑜𝑟 1 (𝑚 = 𝑛 일 때) * 단, 4, 5 에서 a ≠ 0 유리수의 지수법칙 ( a>0 이고 m, n 이 정수 일 때)
1) 𝑛 𝑎 = 𝑎𝑛1 2) 𝑛 𝑎𝑚 = 𝑎𝑚𝑛 지수함수(exponential function)
지수방정식 (복습)
1) 𝑎𝑥 (𝑎 > 0 , 𝑎 ≠ 1) 로 표시되는 방정식을 지수방정식이라 함. 2) 지수 방정식 풀이 방법 가) 각항에서 지수의 밑을 동일하게 만듦. 나) 각각의 지수를 지수법칙을 활용하여 정리. 다) 좌우 등식을 통해 𝑥 에 대한 값을 구한다. 예제) 지수법칙을 활용하여 다음의 지수 방정식을 풀어라. 32𝑥 · 9𝑥+1 = 1 로그
로그의 기본 성질 ( 𝑎 > 0 , 𝑎 ≠ 1 이고, 𝑥 > 0, 𝑦 > 0 일 때) 증명
1)𝑙𝑜𝑔
𝑎𝑎 = 1, 𝑙𝑜𝑔
𝑎1 = 0
2)
𝑙𝑜𝑔
𝑎𝑥𝑦 = 𝑙𝑜𝑔
𝑎𝑥 + 𝑙𝑜𝑔
𝑎𝑦
증명: 위 식에서 로그의 정의로부터 𝑥𝑦 = 𝑎(log𝑎𝑥+log𝑎𝑦) = 𝑎log𝑎𝑥· 𝑎log𝑎𝑦
𝑎log𝑎𝑥 = 𝑥 에서 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑥 = 𝑛 이라하면 𝑎𝑛 = 𝑥 로그의 정의: 𝑛 = 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑥