09 도함수의 활용 ⑵

본책



Ⅲ. 미분법

81

09

Ⅲ. 미분법

09 도함수의 활용 ⑵

01

본책 180 ~181쪽 유 제

1 ⑴ f(x)=xÜ`+3xÛ`-9x-5로 놓으면 f`'(x)=3xÛ`+6x-9=3(x+3)(x-1), f`"(x)=6x+6=6(x+1)

f`'(x)=0에서 x=-3 또는 x=1 f`"(x)=0에서 x=-1

x y -3 y -1 y 1 y

f`'(x) + 0 - - - 0 +

f`"(x) - - - 0 + + +

f(x)  22  6  -10 

따라서 곡선 y=f(x)는 구간 (-1, ¦)에서 f`"(x)>0이므 로 아래로 볼록하고, 구간 (-¦, -1)에서 f`"(x)<0이므로 위로 볼록하다.

또 이 곡선의 변곡점의 좌표는 (-1, 6)이다.

⑵ f(x)= 2

xÛ`+3로 놓으면 f`'(x)=- 4x

(xÛ`+3)Û`,

f`"(x) =-4(xÛ`+3)Û`+4x´2(xÛ`+3)´2x (xÛ`+3)Ý`

=12(x+1)(x-1) (xÛ`+3)Ü`

f`'(x)=0에서 x=0

f`"(x)=0에서 x=-1 또는 x=1

x y -1 y 0 y 1 y

f`'(x) + + + 0 - - -

f`"(x) + 0 - - - 0 +

f(x)  ;2!;  ;3@;  ;2!;  따라서 곡선 y=f(x)는 구간 (-¦, -1) 또는 구간 (1, ¦)에서 f`"(x)>0이므로 아래로 볼록하고, 구간 (-1, 1)에서 f`"(x)<0이므로 위로 볼록하다.

또 이 곡선의 변곡점의 좌표는 {-1, 12 }, {1, 1 2 }이다.

⑶ f(x)=8xÛ`+ln x로 놓으면 x>0이고 f`'(x)=16x+ 1x , f`"(x)=16-1

xÛ`

f`'(x)=0을 만족시키는 x의 값은 존재하지 않는다.

f`"(x)=0에서 1

xÛ`=16 ∴ x= 14 (∵ x>0)

x 0 y ;4!; y

f`'(x) + + +

f`"(x) - 0 +

f(x)  ;2!;-ln 4 

따라서 곡선 y=f(x)는 구간 { 14 , ¦}에서 f`"(x)>0이므로 아래로 볼록하고, 구간 {0, 14 }에서 f`"(x)<0이므로 위로 볼록하다.

또 이 곡선의 변곡점의 좌표는 { 14 , 1

2 -ln 4}이다.

⑷ f(x)=x-cos`x로 놓으면

f`'(x)=1+sin`x, f`"(x)=cos`x f`'(x)=0에서 sin`x=-1 ∴ x=- p2 (∵ -p<x<p) f`"(x)=0에서 cos`x=0 ∴ x=- p2 또는 x=p

2 (∵ -p<x<p)

x -p y -p

2 y p

2 y p

f`'(x) + 0 + + +

f`"(x) - 0 + 0 -

f(x)  -p

2  p

2 

따라서 곡선 y=f(x)는 구간 {- p2 , p

2 }에서 f`"(x)>0이 므로 아래로 볼록하고, 구간 {-p, - p2 } 또는 구간 {p

2 , p}

에서 f`"(x)<0이므로 위로 볼록하다.

또 이 곡선의 변곡점의 좌표는 {- p2 , -p 2 }, {p

2 , p 2 }이 다.

 풀이 참조

2 f(x)=(xÛ`+1)e^-x으로 놓으면

f`'(x)=2xe<sup>-x</sup>-(xÛ`+1)e^-x=-e^-x(xÛ`-2x+1), f`"(x) =e^-x(xÛ`-2x+1)-e^-x(2x-2)

=e^-x(xÛ`-4x+3)

=e^-x(x-1)(x-3) f`"(x)=0에서 x=1 또는 x=3 x<1 또는 x>3일 때 f`"(x)>0, 1<x<3일 때 f`"(x)<0

따라서 x=1, x=3의 좌우에서 f`"(x)의 부호가 바뀌므로 변곡

점의 개수는 2이다.  2

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82

3 <sub>f(x)= ax +xÛ`</sub><sup>b</sup> 로 놓으면 f`'(x)=- a

xÛ`- 2b

xÜ`, f`"(x)= 2a xÜ`+ 6b

xÝ`

곡선 y=f(x)의 변곡점의 좌표가 {6, 19 }이므로 f(6)= 19에서 a6 + b

36= 19

∴ 6a+b=4 yy ㉠㉠㉠

f`"(6)=0에서 a

108+ b216=0

∴ 2a+b=0 yy ㉡㉠㉠

㉠, ㉡을 연립하여 풀면 a=1, b=-2

 a=1, b=-2 4 f(x)=axÝ`+bxÜ`+cx에서

f`'(x)=4axÜ`+3bxÛ`+c, f`"(x)=12axÛ`+6bx

f(x)가 x=1에서 극대이므로 f`'(1)=0에서

4a+3b+c=0 yy ㉠㉠㉠

점 (3, -13)이 곡선 y=f(x)의 변곡점이므로

f(3)=-13에서 81a+27b+3c=-13 yy ㉡㉠㉠

f`"(3)=0에서 108a+18b=0

∴ 6a+b=0 yy ㉢㉠㉠

㉠, ㉡, ㉢을 연립하여 풀면 a= 13 , b=-2, c=14

3 따라서 f(x)= 13 xÝ`-2xÜ`+14

3 x이므로 f(1)= 13 -2+14

3 =3  3

함수 f(x)에 대하여

① f(x)가 x=a에서 극값 b를 갖는다.  f(a)=b, f`'(a)=0

② 점 (a, b)가 곡선 y=f(x)의 변곡점이다.  f(a)=b, f`"(a)=0 알짜 PLUS

5 f(x)=(ln x)Û`으로 놓으면 x>0이고 f`'(x)=2 ln x´ 1x =2 ln x

x ,

f`"(x)=;[@;´x-2 ln x´1

xÛ` =2(1-ln x) xÛ`

f`"(x)=0에서 ln x=1 ∴ x=e 0<x<e일 때 f`"(x)>0, x>e일 때 f`"(x)<0

즉 x=e의 좌우에서 f`"(x)의 부호가 바뀌므로 변곡점의 좌표는 (e, 1)이다.

x=e인 점에서의 접선의 기울기는 f`'(e)= 2e이므로 변곡점에서

의 접선의 방정식은

y-1= 2e(x-e) ∴ y= 2ex-1

 y= 2ex-1

02

본책 183~185쪽 유 제

1 ⑴ Ú 정의역은 x+0인 실수 전체의 집합이다.

Û f(-x)= xÛ`+4-x =-f(x)이므로 그래프는 원점에 대하여 대칭이다.

Ü f`'(x) = 2x´x-(xÛ`+4) xÛ` = xÛ`-4

xÛ`

=(x+2)(x-2) xÛ` , Ü f`"(x) =2x´xÛ`-(xÛ`-4)´2x

xÝ` = 8

xÜ`

Ü f`'(x)=0에서 x=-2 또는 x=2

Ü f`"(x)=0을 만족시키는 x의 값은 존재하지 않는다.

x y -2 y 0 y 2 y

f`'(x) + 0 - - 0 +

f`"(x) - - - + + +

f(x)  -4   4 

Ý f(x)= xÛ`+4x =x+4 x에서 lim

x 4Ú 0+`f(x)=¦, lim

x 4Ú 0-`f(x)=-¦,

lim

x 4Ú ¦`{ f(x)-x}=0, lim

x 4Ú -¦`{ f(x)-x}=0 이므로 점근선은 y축과 직선 y=x이다.

⑵ 이상에서 함수 y=f(x)의 그래프는 오른쪽 그림과 같다.

⑵ Ú xÛ`+1+0이므로 정의역은 실수 전체의 집합이다.

Û f(0)=3이므로 그래프는 점 (0, 3)을 지난다.

Ü f(-x)= 3

xÛ`+1=f(x)이므로 그래프는 y축에 대하여 대 칭이다.

Ý f`'(x)=- 3´2x

(xÛ`+1)Û`=- 6x (xÛ`+1)Û`,

⑵ Ú f`"(x) =-6(xÛ`+1)Û`+6x´2(xÛ`+1)´2x

(xÛ`+1)Ý` =6(3xÛ`-1) (xÛ`+1)Ü`

x y

O -4

2 4 -2

y=f(x) y=x

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

Ⅲ. 미분법

83

09

=6('3x+1)('3x-1) (xÛ`+1)Ü`

⑵ Ú f`'(x)=0에서 x=0

⑵ Ú f`"(x)=0에서 x=- '3

3 또는 x='3 3

⑵ Ú

Þ lim

x 4Ú ¦`f(x)=0, lim

x 4Ú -¦`f(x)=0이므로

Þ 점근선은 x축이다.

이상에서 함수 y=f(x)의 그래프는 오 른쪽 그림과 같다.

 풀이 참조

2 ⑴ Ú 정의역은 x¾0인 실수 전체의 집합이다.

Û f(0)=0이므로 그래프는 원점을 지나고, x축과의 교점 의 x좌표는 x-2'§x=0에서

Û x=2'§x, xÛ`=4x

Û x(x-4)=0 ∴ x=0 또는 x=4 Û 따라서 점 (0, 0), (4, 0)을 지난다.

Ü f`'(x)=1- 1

'§x, f`"(x)= 1 2x'§x Û f`'(x)=0에서 1

'§x=1 ∴ x=1

Û f`"(x)=0을 만족시키는 x의 값은 존재하지 않는다.

Ü

이상에서 함수 y=f(x)의 그래프 는 오른쪽 그림과 같다.

⑵ Ú 정의역은 x¾-3인 실수 전체의 집합이다.

Û f(0)=0이므로 그래프는 원점을 지나고, x축과의 교점의 x좌표는 x'Äx+3=0에서

xÛ`(x+3)=0 ∴ x=-3 또는 x=0 따라서 점 (-3, 0), (0, 0)을 지난다.

Ü f`'(x) ='Äx+3+x´ 1 2'Äx+3

=2(x+3)+x

2'Äx+3 =3(x+2) 2'Äx+3 ,

x y - '33 y 0 y '3

3 y

f`'(x) + + + 0 - - -

f`"(x) + 0 - - - 0 +

f(x)  9

4  3  9

4 

x y

O y=f(x)3 ;4(;

;::;'33 -;::; '3 3-2

x y

O 1 -1 4

y=f(x)

x 0 y 1 y

f`'(x) - 0 +

f`"(x) + + +

f(x) 0  -1 

Ü f`"(x) =6'Äx+3-3(x+2)´ 1'Äx+3 4(x+3)

= 3(x+4) 4(x+3)'Äx+3 Ü f`'(x)=0에서 x=-2

Ü 정의역이 x¾-3이므로 f`"(x)=0을 만족시키는 x의 값 은 존재하지 않는다.

Ü

이상에서 함수 y=f(x)의 그래프는 오른쪽 그림과 같다.

 풀이 참조 3 ⑴ Ú 정의역은 실수 전체의 집합이다.

Û f(0)=1, f(-1)=0이므로 그래프는 점 (0, 1), (-1, 0) Û 을 지난다.

Ü f`'(x)=e<sup>x</sup>+(x+1)e<sup>x</sup>=(x+2)e<sup>x</sup>, f`"(x)=e^x+(x+2)e^x=(x+3)e^x f`'(x)=0에서 x=-2 f`"(x)=0에서 x=-3

x y -3 y -2 y

f`'(x) - - - 0 +

f`"(x) - 0 + + + f(x)  - 2

eÜ`  - 1 eÛ`  Ý lim

x 4Ú ¦`f(x)=¦,

x lim4Ú -¦`f(x)=0이므로 점근선

은 x축이다.

이상에서 함수 y=f(x)의 그래프 는 오른쪽 그림과 같다.

⑵ Ú 정의역은 실수 전체의 집합이다.

Û f(0)=1이므로 그래프는 점 (0, 1)을 지난다.

Ü f(-x)=e^{- xÛ`2}=f(x)이므로 그래프는 y축에 대하여 대칭 이다.

Ý f`'(x)=-xe<sup>- xÛ`2</sup>,

f`"(x)=-e<sup>- xÛ`2</sup>+xÛ`e<sup>- xÛ`2</sup>=(x+1)(x-1)e<sup>- xÛ`2</sup> f`'(x)=0에서 x=0

f`"(x)=0에서 x=-1 또는 x=1

x y

O -2 -2 -3

y=f(x)

x -3 y -2 y

f`'(x) - 0 +

f`"(x) + + +

f(x) 0  -2 

x y

-2 -1 O 1 -3

- eÜ` 2;:;

- eÛ` 1;:;

y=f(x)

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84

x y -1 y 0 y 1 y

f`'(x) + + + 0 - - -

f`"(x) + 0 - - - 0 +

f(x)  1

'e  1  1

'e  Þ lim

x 4Ú ¦`f(x)=0, lim

x 4Ú -¦`f(x)=0이므로 점근선은 x축이다.

이상에서 함수 y=f(x)의 그래 프는 오른쪽 그림과 같다.

⑶ Ú 정의역은 실수 전체의 집합이다.

Û f(0)=0이므로 그래프는 원점을 지난다.

Ü f(-x)=ln (xÛ`+1)=f(x)이므로 그래프는 y축에 대하여 대칭이다.

Ý f`'(x)= 2x xÛ`+1,

f`"(x)=2(xÛ`+1)-2x´2x

(xÛ`+1)Û` =-2(x+1)(x-1) (xÛ`+1)Û`

f`'(x)=0에서 x=0

f`"(x)=0에서 x=-1 또는 x=1

x y -1 y 0 y 1 y

f`'(x) - - - 0 + + +

f`"(x) - 0 + + + 0 -

f(x)  ln 2  0  ln 2 

Þ lim

x 4Ú ¦`f(x)=¦, lim

x 4Ú -¦`f(x)=¦

이상에서 함수 y=f(x)의 그래프는 오른쪽 그림과 같다.

⑷ Ú 정의역은 x>0인 실수 전체의 집합이다.

Û f(1)=0이므로 그래프는 점 (1, 0)을 지난다.

Ü f`'(x)=;[!;´x-ln x

xÛ` = 1-ln x xÛ` ,

f`"(x)=-;[!;´xÛ`-(1-ln x)´2x

xÝ` = 2 ln x-3 xÜ`

f`'(x)=0에서 ln x=1 ∴ x=e f`"(x)=0에서 ln x= 32

∴ x=e^;2#;=e'e Ü

x y

O

-1 1

1

;::;'e1 y=f(x)

x y

O

-1 1

ln`2

y=f(x)

x 0 y e y e'e y

f`'(x) + 0 - - -

f`"(x) - - - 0 +

f(x)  1

e  3

2e'e 

Ý lim

x 4Ú 0+`f(x)=-¦, Ý lim

x 4Ú ¦`f(x)=0이므로 점근선 은 x축, y축이다.

이상에서 함수 y=f(x)의 그래 프는 오른쪽 그림과 같다.

 풀이 참조

참고 ⑴ lim

x 4Ú -¦(x+1)e^x에서 -x=t라 하면 x`4Ú`-¦일 때 t`4Ú`¦

이므로 lim

x 4Ú -¦(x+1)e^x=lim

t 4Ú ¦(1-t)e^-t=lim

t 4Ú ¦` 1-t e^t =0

4 f(x)=(sin`x+1)Û`에서 f`'(x)=2(sin`x+1)cos`x,

f`"(x) =2 cos`x´cos`x+2(sin`x+1)´(-sin`x)

=2 cosÛ``x-2 sinÛ``x-2 sin`x

=2(1-sinÛ``x)-2 sinÛ``x-2 sin`x

=-4 sinÛ``x-2 sin`x+2

=-2(sin`x+1)(2 sin`x-1) f`'(x)=0에서 sin`x=-1 또는 cos`x=0 ∴ x=p

2 또는 x=3

2p (∵ 0ÉxÉ2p) f`"(x)=0에서 sin`x=-1 또는 sin`x= 12 ∴ x=p

6 또는 x=5

6p 또는 x= 32p (∵ 0ÉxÉ2p)

x 0 y p

6 y p

2 y 5

6p y 3

2p y 2p

f`'(x) + + + 0 - - - 0 +

f`"(x) + 0 - - - 0 + 0 +

f(x) 1  9

4  4  9

4  0  1

따라서 함수 y=f(x)의 그래프 는 오른쪽 그림과 같다.

 풀이 참조

5 f(x)=e^-x cos`x에서

f`'(x) =-e<sup>-x</sup> cos`x-e^-x sin`x

=-e^-x (cos`x+sin`x),

f`"(x) =e<sup>-x</sup> (cos`x+sin`x)-e<sup>-x</sup> (-sin`x+cos`x)

=2e^-x sin`x

f`'(x)=0에서 cos`x=-sin`x, tan`x=-1 ∴ x=-p

4 {∵ -p

2ÉxÉ p2 }

x y

O 1 e e'e y=f(x)

;::::;2e'e`3

;:;e1

x y

O 4

1

;4(;

;6Ò; ;2Ò; ;6%;p ;2#;p 2p y=f(x)

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

Ⅲ. 미분법

85

09

따라서 함수 y=f(x)의 그래프는 오른쪽 그림과 같다.

 풀이 참조

03

본책 187 ~191쪽 유 제

1 ⑴ f(x)= xÛ`-2x-6x+3 에서

f`'(x) =(2x-2)(x+3)-(xÛ`-2x-6) (x+3)Û`

= xÛ`+6x

(x+3)Û`=x(x+6) (x+3)Û`

f`'(x)=0에서 x=0 (∵ -2ÉxÉ2)

x -2 y 0 y 2

f`'(x) - 0 +

f(x) 2 ↘ -2 ↗ - 65

따라서 함수 f(x)는 x=-2에서 최댓값 2, x=0에서 최솟값 -2를 갖는다.

⑵ f(x)=x¿¹1-xÛ` 에서

f`'(x)=¿¹1-xÛ`+x´ -2x

2¿¹1-xÛ`=-2xÛ`+1

¿¹1-xÛ`

f`'(x)=0에서 -2xÛ`+1=0, xÛ`= 12 ∴ x=- '2

2 또는 x= '2 2

x -1 y - '22 y '2

2 y 1

f`'(x) - 0 + 0 -

f(x) 0 ↘ - 12 ↗ 1

2 ↘ 0

따라서 함수 f(x)는 x= '2

2 에서 최댓값 12 , x=- '22 에서 최솟값 - 12 을 갖는다.

 ⑴ 최댓값: 2, 최솟값: -2 ⑵ 최댓값: 12 , 최솟값: -1 2 x y

O 1

-;4Ò;

-;2Ò; ;2Ò;

y=f(x) ;::;e'2`` 2`` ^;4Ò;

x -p

2 y -p

4 y 0 y p

2

f`'(x) + 0 - - -

f`"(x) - - - 0 +

f(x) 0  '2

2 e^;4Ò;  1  0

2 f(x)=x-1 xÛ`+3에서

f`'(x) =xÛ`+3-(x-1)´2x

(xÛ`+3)Û` = -xÛ`+2x+3 (xÛ`+3)Û`

= -(x+1)(x-3) (xÛ`+3)Û`

f`'(x)=0에서 x=-1 또는 x=3

x y -1 y 3 y

f`'(x) - 0 + 0 -

f(x) ↘ - 12 ↗ 1

6 ↘

x lim4Ú ¦`f(x)=0, lim

x 4Ú -¦`f(x)=0이므로 함수 f(x)는 x=3에서 최

댓값 1

6 , x=-1에서 최솟값 -1

2 을 갖는다.

따라서 M= 16 , m=-1 2 이므로

M+m=- 13  - 13

3 ⑴ f(x)= e2x+1 에서^x

f`'(x) =e^x(2x+1)-e^x´2

(2x+1)Û` =e<sup>x</sup>(2x-1) (2x+1)Û`

f`'(x)=0에서

2x-1=0 ∴ x=1 2

x 0 y 1

2 y 2

f`'(x) - 0 +

f(x) 1 ↘ 'e

2 ↗ eÛ`

5

따라서 함수 f(x)는 x=2에서 최댓값 eÛ`

5 , x=1

2 에서 최솟값 'e2 를 갖는다.

⑵ f(x)= xln x 에서

f`'(x)=ln x-x´;[!;

(ln x)Û` =ln x-1 (ln x)Û`

f`'(x)=0에서

ln x=1 ∴ x=e

x 2 y e y 4

f`'(x) - 0 +

f(x) 2

ln 2 ↘ e ↗ 2 ln 2

따라서 함수 f(x)는 x=2, x=4에서 최댓값 2ln 2 , x=e에서 최솟값 e를 갖는다.

 ⑴ 최댓값: eÛ`

5 , 최솟값: 'e

2 ⑵ 최댓값: 2

ln 2 , 최솟값: e

개념쎈라이트 미적분2해답(81-92).indd 85 2015. 12. 30. 오후 1:22

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86

xÛ` 에서 x>0이고

f`'(x)=;[!;´xÛ`-ln 2x´2x

xÝ` = 1-2 ln 2x xÜ`

f`'(x)=0에서 ln 2x= 12 2x='e ∴ x= 'e

2

x 0 y 'e

2 y

f`'(x) + 0 -

f(x) ↗ 2

e ↘

따라서 함수 f(x)는 x= 'e

2 에서 최댓값 2

e 를 가지므로 a= 'e

2 , b=2 e ∴ ab= 'e

e  'e

e

5 ⑴ f(x)=2 sin`x-cos`2x에서

f`'(x) =2 cos`x+2 sin`2x=2 cos`x+4 sin`x`cos`x

=2 cos`x(2 sin`x+1)

f`'(x)=0에서 cos`x=0 (∵ 0ÉxÉp) ∴ x=p

2

x 0 y p

2 y p

f`'(x) + 0 -

f(x) -1 ↗ 3 ↘ -1

따라서 함수 f(x)는 x=p

2 에서 최댓값 3, x=0, x=p에서 최솟값 -1을 갖는다.

⑵ f(x)=(1+sin`x)cos`x에서

f`'(x) =cos`x´cos`x+(1+sin`x)´(-sin`x)

=cosÛ``x-sin`x-sinÛ``x

=(1-sinÛ``x)-sin`x-sinÛ``x

=-2 sinÛ``x-sin`x+1

=-(sin`x+1)(2 sin`x-1) f`'(x)=0에서 sin`x= 12 (∵ 0ÉxÉp)

⑵ ∴ x=p

6 또는 x=5 6p

x 0 y p

6 y 5

6p y p

f`'(x) + 0 - 0 +

f(x) 1 ↗ 3'3

4 ↘ -3'3

4 ↗ -1

따라서 함수 f(x)는 x=p

6 에서 최댓값 3'34 , x=5 6p에서

최솟값 -3'3

4 을 갖는다.

 ⑴ 최댓값: 3, 최솟값: -1

 ⑵ 최댓값: 3'3

4 , 최솟값: -3'3 4 6 f(x)=e^x(sin`x+cos`x)에서

f`'(x) =e<sup>x</sup>(sin`x+cos`x)+e<sup>x</sup>(cos`x-sin`x)

=2 e^x cos`x f`'(x)=0에서 cos`x=0 ∴ x=-p

2 또는 x=p

2 (∵ -pÉxÉp)

x -p y - p2 y p

2 y p

f`'(x) - 0 + 0 -

f(x) -e^-p ↘ -e^-;2Ò; ↗ e^;2Ò; ↘ -e^p

따라서 함수 f(x)는 x=p

2 에서 최댓값 e^;2Ò;, x=p에서 최솟값 -e^p을 가지므로

M=e^;2Ò;, m=-e^p

∴ Mm=-e^;2#;p  -e^;2#;p

7 f(x)= ax+b xÛ`-x+3에서

f`'(x) =a(xÛ`-x+3)-(ax+b)(2x-1) (xÛ`-x+3)Û`

= -axÛ`-2bx+3a+b (xÛ`-x+3)Û`

함수 f(x)는 모든 실수 x에서 연속이며 미분가능하고 f(x)가 x=0에서 최솟값 -1을 가지므로 f(x)는 x=0에서 극소이다.

즉 f(0)=-1, f`'(0)=0이므로 b

3 =-1, 3a+b 9 =0

∴ a=1, b=-3  a=1, b=-3

8 f(x)=axe^-;2{;에서

f`'(x) =ae<sup>-;2{;</sup>+ax´{- 12 e<sup>-;2{;</sup>}=- a2 e<sup>-;2{;</sup>(x-2) f`'(x)=0에서 x=2

x -2 y 2 y 3

f`'(x) + 0 -

f(x) -2ae ↗ 2a

e ↘ 3a

e'e 이때 a>0이므로 -2ae< 3a

e'e< 2ae

따라서 함수 f(x)는 x=2에서 최댓값 2ae , x=-2에서 최솟값 -2ae를 가지므로

2a

e ´(-2ae)=-36, -4aÛ`=-36

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

Ⅲ. 미분법

87

09

9 f(x)=a(x+2 cos`x)에서 f`'(x)=a(1-2 sin`x) f`'(x)=0에서 sin`x= 12 ∴ x=p

6 {∵ 0ÉxÉ p2 }

x 0 y p

6 y p

2

f`'(x) + 0 -

f(x) 2a ↗ a{p

6 +'§3 } ↘ p 2 a 이때 a>0이므로

p

2 a<2a<a{p 6 +'3 } 함수 f(x)는 x=p

6 에서 최댓값 a{p

6 +'3 }을 가지므로 a{p

6 +'3 }=p

3+2'3 ∴ a=2 따라서 함수 f(x)의 최솟값은

f`{ p2 }=p

2´2=p  p

10 오른쪽 그림과 같이 반원의 중심을

B h O C

A D

O, ∠AOB=h {0<h< p2 }라 하면 AOÓ=2이므로

ABÓ=2 sin`h,

BCÓ=2 BOÓ=2´2 cos`h=4 cos`h 직사각형 ABCD의 넓이를 S(h)라 하면

S(h)=2 sin`h´4 cos`h=8 sin`h`cos`h=4 sin`2h ∴ S'(h)=8 cos`2h

S'(h)=0에서 cos`2h=0 0<h<p

2에서 0<2h<p이므로 2h=p

2 ∴ h=p 4

h 0 y p

4 y p

2

S'(h) + 0 -

S(h) ↗ 극대 ↘

따라서 S(h)는 h=p

4 일 때 극대이면서 최대이므로 직사각형 ABCD의 넓이의 최댓값은

S{p

4 }=4 sin`p2 =4  4

다른 풀이 ABÓ=a, BOÓ=b라 하면 △ABO에서 aÛ`+bÛ`=2Û`=4

또 직사각형 ABCD의 넓이는 a´2b=2ab

이때 a>0, b>0이므로 산술평균과 기하평균의 관계에 의하여 aÛ`+bÛ`¾2"ÃaÛ`bÛ`=2ab (단, 등호는 a=b일 때 성립) ∴ 4¾2ab

따라서 직사각형 ABCD의 넓이의 최댓값은 4이다.

11 오른쪽 그림과 같이 원기둥의 밑면의 반지름의 길이를 r (0<r<3), 높이를 h라 하면

h=2¿¹9-rÛ`

원기둥의 부피를 V(r)라 하면 V(r)=prÛ`h=2prÛ`¿¹9-rÛ`

∴ V'(r) =4pr¿¹9-rÛ`+2prÛ`´ -2r 2¿¹9-rÛ`

=4pr(9-rÛ`)-2prÜ`

¿¹9-rÛ`

=6pr(6-rÛ`)

¿¹9-rÛ`

V'(r)=0에서 6-rÛ`=0 (∵ 0<r<3) ∴ r='6

r 0 y '6 y 3

V'(r) + 0 -

V(r) ↗ 극대 ↘

따라서 V(r)는 r='6 일 때 극대이면서 최대이므로 원기둥의 부 피가 최대일 때의 원기둥의 밑면의 반지름의 길이는 '6 이다.

 '6

04

본책 193~194쪽 유 제

1 f(x)='§x+ 4'§x로 놓으면 x>0이고

f`'(x)= 1 2'§x- 2

x'§x= x-4 2x'§x f`'(x)=0에서 x=4

x 0 y 4 y

f`'(x) - 0 +

f(x) ↘ 4 ↗

이때 lim_{x 4Ú 0+}`f(x)=¦, lim

x 4Ú ¦`f(x)=¦이 므로 y=f(x)의 그래프는 오른쪽 그림과 같다.

따라서 곡선 y=f(x)는 직선 y=4와 오 직 한 점에서 만나므로 주어진 방정식의

실근의 개수는 1이다.  1

3 r h

x y

O 4

y=f(x)

y=4

4

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88

2 구간 [-p, p]에서 방정식 2 cos`x=x+k, 즉 2 cos`x-x=k가 서로 다른 세 실근을 가지려면 곡선 y=2 cos`x-x와 직선 y=k가 서로 다른 세 점에서 만나야 한다.

f(x)=2 cos`x-x로 놓으면 f`'(x)=-2 sin`x-1 f`'(x)=0에서 sin`x=- 12

∴ x=-5

6 p 또는 x=-p

6 (∵ -pÉxÉp)

x -p y - 56 p y -p

6 y p

f`'(x) - 0 + 0 -

f(x) p-2 ↘ 5

6p-'3 ↗ p

6 +'3 ↘ -p-2 따라서 y=f(x)의 그래프가

오른쪽 그림과 같으므로 곡선 y=f(x)와 직선 y=k가 서로 다 른 세 점에서 만나려면

5

6 p-'3<kÉp-2

 5

6 p-'3<kÉp-2 3 e^2x¾2x+1에서 e^2x-2x-1¾0

f(x)=e^2x-2x-1로 놓으면 f`'(x)=2e<sup>2x</sup>-2=2(e<sup>2x</sup>-1) f`'(x)=0에서 e^2x=1 ∴ x=0

x y 0 y

f`'(x) - 0 +

f(x) ↘ 0 ↗

함수 f(x)는 x=0에서 최솟값 0을 가지므로 f(x)¾0이다.

따라서 모든 실수 x에 대하여 부등식 e^2x¾2x+1이 성립한다.

 풀이 참조 4 x`ln x¾3x+k에서 x`ln x-3x-k¾0

f(x)=x`ln x-3x-k로 놓으면 f`'(x)=ln x+x´1

x -3=ln x-2 f`'(x)=0에서 ln x=2 ∴ x=eÛ`

x 0 y eÛ` y

f`'(x) - 0 +

f(x) ↘ 극소 ↗

함수 f(x)는 x=eÛ`일 때 극소이면서 최소이므로 f(x)의 최솟값 은 f(eÛ`)=2eÛ`-3eÛ`-k=-eÛ`-k

x>0일 때 f(x)¾0이려면 f(eÛ`)¾0이어야 하므로 -eÛ`-k¾0 ∴ kÉ-eÛ`

따라서 실수 k의 최댓값은 -eÛ`이다.  -eÛ`

x y

O y=f(x) y=k

;6Ò;+'3

;6%;p-'3 p -p

-;6%;p -;6Ò;

p-2

-p-2

5 2e^x>xÛ`+2x+k에서 2e<sup>x</sup>-xÛ`-2x-k>0 f(x)=2e^x-xÛ`-2x-k로 놓으면

f`'(x)=2e<sup>x</sup>-2x-2, f`"(x)=2e^x-2=2(e^x-1) x>0일 때 e^x>1이므로 f`"(x)>0

x>0일 때 함수 f`'(x)는 증가하고 f`'(0)=0이므로 f`'(x)>0

즉 x>0일 때 함수 f(x)는 증가한다.

따라서 x>0일 때 f(x)>0이 성립하려면 f(0)¾0이어야 하므로

2-k¾0 ∴ kÉ2  kÉ2

01

풀이 f(x)=e^x(2x-11)로 놓으면

f`'(x)=e<sup>x</sup>(2x-11)+2e<sup>x</sup>=e<sup>x</sup>(2x-9), f`"(x)=e^x(2x-9)+2e^x=e^x(2x-7)

곡선 y=f(x)가 위로 볼록하려면 f`"(x)<0이어야 하므로 e^x(2x-7)<0, 2x-7<0 (∵ e^x>0)

∴ x<7 2

즉 곡선 y=f(x)는 구간 {-¦, 72 }에서 위로 볼록하므로 이를 만족시키는 자연수 n은 1, 2, 3이다.

따라서 구하는 합은 1+2+3=6  ③

02

풀이 f(x)=(axÛ`+3)e^x으로 놓으면

f`'(x)=2axe<sup>x</sup>+(axÛ`+3)e^x=(axÛ`+2ax+3)e<sup>x</sup>, f`"(x) =(2ax+2a)e^x+(axÛ`+2ax+3)e^x

=(axÛ`+4ax+2a+3)e^x y ❶

곡선 y=f(x)가 실수 전체의 집합에서 아래로 볼록하려면 모든 실수 x에 대하여 f`"(x)¾0이어야 하고 e^x>0이므로 부등식

axÛ`+4ax+2a+3¾0 yy ㉠㉠㉠

이 항상 성립해야 한다.

01③ 02 ³₂ 03③ 048 05③ 06② 078 08① 09-5 10④ 118 12k<-e 13-3'3 14-5 15③ 16④ 1710 1827 192 20⑤

중단원 연습 문제

개념쎈라이트 미적분2해답(81-92).indd 88 2015. 12. 30. 오후 1:23

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

Ⅲ. 미분법

89

09

3>0이므로 부등식 ㉠이 성립한다.

Û a+0일 때,

부등식 ㉠이 항상 성립해야 하므로 a>0

x에 대한 이차방정식 axÛ`+4ax+2a+3=0의 판별식을 D라 하면

D

4 =4aÛ`-a(2a+3)É0, 2aÛ`-3aÉ0 a(2a-3)É0 ∴ 0ÉaÉ3

2 Û 그런데 a>0이므로 0<aÉ 32

Ú, Û에서 0ÉaÉ 32 y ❷

따라서 a의 최댓값은 3

2 이다. y ❸

 3 2

03

풀이 f(x)='3 xÛ`+4 sin`x로 놓으면

f`'(x)=2'3 x+4 cos`x, f`"(x)=2'3-4 sin`x f`"(x)=0에서 sin`x= '3

2 ∴ x= p3 또는 x=2

3p (∵ 0<x<2p) 0<x< p3 또는 2

3p<x<2p일 때 f`"(x)>0, p

3 <x<2

3p일 때 f`"(x)<0 즉 x=p

3 , x=2

3 p의 좌우에서 f`"(x)의 부호가 바뀌므로 변곡점 의 x좌표는 p3 , 2

3p이다.

따라서 구하는 합은 p 3 +2

3p=p  ③

04

풀이 f(x)=ln(xÛ`+16)에서 f`'(x)= 2x

xÛ`+16,

f`"(x) =2(xÛ`+16)-2x´2x (xÛ`+16)Û`

=-2(xÛ`-16)

(xÛ`+16)Û` =-2(x+4)(x-4)

(xÛ`+16)Û` y ❶

채점 기준 비율

❶ f`"(x)를 구할 수 있다. 30%

❷ a의 값의 범위를 구할 수 있다. 60%

❸ a의 최댓값을 구할 수 있다. 10%

f`"(x)=0에서 x=-4 또는 x=4 -4<x<4일 때 f`"(x)>0, x<-4 또는 x>4일 때 f`"(x)<0

즉 x=-4, x=4의 좌우에서 f`"(x)의 부호가 바뀌므로 변곡점 의 좌표는

(-4, ln 32), (4, ln 32) y ❷ 따라서 두 변곡점 사이의 거리는

4-(-4)=8 y ❸

 8

05

풀이 ㄱ. f`"(b)=f`"(0)=f`"(c)=f`"(e)=0이고 각 점의 좌우에 서 f`"(x)의 부호가 바뀌므로 함수 f(x)는

ㄱ. x=b, x=0, x=c, x=e ㄱ. 에서 변곡점을 갖는다.

ㄱ. 따라서 구간 [a, f ]에서 곡선 y=f(x)의 변곡점은 4개이다.

ㄴ. f`'(d)=0이고 x=d의 좌우에서 f`'(x)의 값이 양수에서 음 수로 바뀌므로 x=d에서 극대이다.

또 구간 [a, e]에서 함수 f(x)가 극대가 되는 x는 d의 1개 이다.

ㄷ. 구간 (a, 0), (0, d)에서 f`'(x)>0이므로 f(x)는 증가하고 구간 (d, e)에서 f`'(x)<0이므로 f(x)는 감소한다. 따라서 ㄴ에 의하여 구간 [a, e]에서 함수 f(x)는 x=d일 때 극대 이면서 최대이므로 f(x)의 최댓값은 f(d)이다.

이상에서 옳은 것은 ㄱ, ㄴ이다.

 ③

06

풀이 f(x)=e^-x sin`x에서

f`'(x) =-e<sup>-x</sup> sin`x+e^-x cos`x

=e^-x(cos`x-sin`x),

f`"(x) =-e<sup>-x</sup>(cos`x-sin`x)+ e<sup>-x</sup>(-sin`x-cos`x)

=-2e^-x cos`x

f`'(x)=0에서 cos`x=sin`x, tan`x=1 ∴ x=p

4 (∵ 0ÉxÉp) f`"(x)=0에서 cos`x=0 ∴ x=p

2 (∵ 0ÉxÉp)

채점 기준 비율

❶ f`"(x)를 구할 수 있다. 40%

❷ 두 변곡점의 좌표를 구할 수 있다. 40%

❸ 두 변곡점 사이의 거리를 구할 수 있다. 20%

개념쎈라이트 미적분2해답(81-92).indd 89 2015. 12. 30. 오후 1:23

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90

x 0 y p

4 y p

2 y p

f`'(x) + 0 - - -

f`"(x) - - - 0 +

f(x) 0  '2

2 e

-;4Ò;  e^-;2Ò;  0

따라서 함수 y=f(x)의 그래프는 오른쪽 그림과 같으므로 그래프의 개형으로 옳은 것은 ②이다.

 ②

07

풀이 f(x)=2x'Äx+3 에서 f`'(x) =2'Äx+3+2x´ 1

2'Äx+3

=2(x+3)+x

'Äx+3 =3(x+2) 'Äx+3 f`'(x)=0에서 x=-2

x -3 y -2 y 1

f`'(x) - 0 +

f(x) 0 ↘ -4 ↗ 4

따라서 함수 f(x)는 x=1에서 최댓값 4, x=-2에서 최솟값 -4를 가지므로 M=4, m=-4

∴ M-m=8  8

08

풀이 f(x)=2 ln x+ 4x에서 f`'(x)= 2x -4

xÛ`=2(x-2) xÛ`

f`'(x)=0에서 x=2

x 1 y 2 y eÛ`

f`'(x) - 0 +

f(x) 4 ↘ 2 ln 2+2 ↗ 4+ 4 eÛ`

따라서 함수 f(x)는 x=2에서 최솟값 2 ln 2+2를 가지므로 k=2, m=2 ln 2+2

∴ m

k =ln 2+1  ①

09

풀이 f(x)= ex^ax에서 f`'(x)= ae^ax´x-e^ax

xÛ` =(ax-1)e^ax

xÛ` y ❶

f`'(x)=0에서 ax-1=0 ∴ x= 1a y ❷

x y 1

a y 0

f`'(x) + 0 -

f(x) ↗ ae ↘

따라서 함수 f(x)는 x= 1a 일 때 극대이면서 최대이므로

ae=-5e ∴ a=-5 y ❸

 -5

10

풀이 f(x)=27^x-9^x-3^x+a=3^3x-3^2x-3^x+a

에서 3^x=t (t>0)로 놓고 주어진 함수를 t에 대한 함수 g(t)로 나타내면 g(t)=tÜ`-tÛ`-t+a

∴ g`'(t)=3tÛ`-2t-1=(3t+1)(t-1) g`'(t)=0에서 t=1 (∵ t>0)

t 0 y 1 y

g`'(t) - 0 +

g(t) ↘ a-1 ↗

따라서 함수 g(t)는 t=1일 때 극소이면서 최소이므로

a-1=14 ∴ a=15  ④

11

풀이 점 P의 좌표를 (t, "Ã8-tÛ` ) (0<t<2'2 )이라 하면 PQÓ="Ã8-tÛ` , PRÓ=t

직사각형 PROQ의 넓이를 S(t)라 하면 S(t)=t"Ã8-tÛ`

∴ S'(t) ="Ã8-tÛ`+t´ -2t 2"Ã8-tÛ`

=-2(tÛ`-4)

"Ã8-tÛ` =-2(t+2)(t-2)

"Ã8-tÛ`

S'(t)=0에서 t=2 (∵ 0<t<2'2 )

t 0 y 2 y 2'2

S'(t) + 0 -

S(t) ↗ 극대 ↘

따라서 함수 S(t)는 t=2일 때 극대이면서 최대이므로 이때의 직 사각형 PROQ의 둘레의 길이는

2( PQÓ+PRÓ)=2("Ã8-2Û`+2)=8  8

채점 기준 비율

❶ f`'(x)를 구할 수 있다. 40%

❷ f`'(x)=0인 x의 값을 구할 수 있다. 20%

❸ a의 값을 구할 수 있다. 40%

x y

O ;4Ò; ;2Ò;

`'2:::e^-;4Ò;

2

p e^-;2Ò;

개념쎈라이트 미적분2해답(81-92).indd 90 2015. 12. 30. 오후 1:23

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

Ⅲ. 미분법

91

09

12

풀이 방정식 e^-x=kx가 서로 다른 두 실 근을 가지려면 오른쪽 그림과 같이 곡선 y=e^-x과 직선 y=kx가 서로 다른 두 점 에서 만나야 한다.

f(x)=e^-x, g(x)=kx로 놓으면 f`'(x)=-e<sup>-x</sup>, g`'(x)=k

곡선 y=f(x)와 직선 y=g(x)가 접할 때, 접점의 x좌표를 t라 하면

f(t)=g(t)에서 e^-t=kt yy ㉠㉠㉠

f`'(t)=g`'(t)에서 -e^-t=k yy ㉡㉠㉠

㉡을 ㉠에 대입하면 e^-t=-e^-tt e^-t(t+1)=0 ∴ t=-1 t=-1을 ㉡에 대입하면 k=-e

따라서 곡선 y=f(x)와 직선 y=g(x)가 서로 다른 두 점에서

만나려면 k<-e  k<-e

13

풀이 방정식 2 sin`x-x=k의 실근이 적어도 한 개 존재하려면 곡선 y=2 sin`x-x와 직선 y=k가 적어도 한 점에서 만나야 한다.

f(x)=2 sin`x-x로 놓으면 f`'(x)=2 cos`x-1 f`'(x)=0에서 cos`x= 12 ∴ x=p

3 (∵ 0ÉxÉp)

x 0 y p

3 y p

f`'(x) + 0 -

f(x) 0 ↗ '3-p

3 ↘ -p

0ÉxÉp에서 y=f(x)의 그래프는 오 른쪽 그림과 같으므로 곡선 y=f(x)와 직선 y=k가 적어도 한 점에서 만나도 록 하는 k의 값의 범위는

-pÉkÉ'3-p 3 따라서 a=-p, b='3-p

3 이므로 a-3b=-p-3{'3-p

3 }=-3'3  -3'3

14

풀이 f(x)=-5 cos`2x+12x-k로 놓으면

f`'(x)=10 sin`2x+12 y ❶

-1Ésin`2xÉ1이므로

x y

O y=kx

y=e^-x 1

x y

O

y=k

y=f(x)

;3Ò;

'3-;3Ò;

p

-p

-10É10 sin`2xÉ10 ∴ 2É10 sin`2x+12É22 즉 f`'(x)>0이므로 함수 f(x)는 실수 전체의 집합에서 증가한

다. y ❷

따라서 x>0일 때 f(x)>0이 성립하려면 f(0)¾0이어야 하므 로

-5-k¾0 ∴ kÉ-5

즉 실수 k의 최댓값은 -5이다. y ❸

 -5

15

풀이 f(x)=cosⁿ`x로 놓으면 f`'(x)=-n cos^n-1 x`sin x,

f`"(x) =-n(n-1)cos<sup>n-2</sup>`x´(-sin`x)´sin`x

=-n cos^n-1`x`cos`x

=n(n-1)cos^n-2 x`sinÛ` x-n cosⁿ`x

=n cos^n-2`x{(n-1)sinÛ``x-cosÛ``x}

=n cos^n-2`x(n sinÛ``x-1) f`"(x)=0에서 cos`x=0 또는 sinÛ``x= 1n 그런데 0<x<p

2 에서 cos`x>0이므로 sinÛ``x=1 n cosÛ``x=1- 1n이므로 cos`x=®É1- 1n

따라서 an=cosⁿ`x={®É1- 1n }ⁿ={1- 1n}^;2N;이므로 lim

n 4Ú ¦an = lim

n 4Ú ¦{1- 1n}^;2N;= lim

n 4Ú ¦[{1- 1n}^-n]^-;2!;

=e^-;2!;= 1 'e

 ③

16

2 }=0임을 이용하여 a, b의 값을 구한다.

풀이 f(x)=axÛ`-bx+ln x에서 x>0이고

채점 기준 비율

❶ f`'(x)를 구할 수 있다. 30%

❷ 함수 f(x)가 실수 전체의 집합에서 증가함을 알 수 있다. 30%

❸ k의 최댓값을 구할 수 있다. 40%

무리수 e의 정의를 이용한 극한 0이 아닌 상수 a, b에 대하여

① lim_{x 4Ú 0}(1+x)^;[!;=lim_x

4Ú ¦{1+ 1x }

x=e

② lim_{x 4Ú 0}(1+ax)^xb=lim_{x 4Ú 0}(1+ax)^{ax ´ab1} =e^ab

③ lim_{x 4Ú ¦}{1+ 1ax }

bx=lim_{x 4Ú ¦}{1+ 1ax }

ax´ ba

=e^ba 알짜 PLUS

개념쎈라이트 미적분2해답(81-92).indd 91 2015. 12. 30. 오후 1:23

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