D.M.숑스토리

미분가능한 함수 y=f(x)의 역함수가 존재하고 미분가능할 때 y=f(x)의 역함수의 도함수를 구해보도록 하겠습니다.

이 때, 양변을 x에 대하여 미분하면, 음함수의 미분법에 의하여

이번에는

미분가능한 함수 y=f(x)의 역함수 g(x)가 존재하고 미분가능할 때 합성함수의 미분법을 이용하여 y=g(x)의 역함수의 도함수를 구해보도록 하겠습니다.

g(x)가 f(x)의 도함수이므로

이 때, 합성함수의 미분법에 의하여

2017/04/22 - [Cyong's Mathmatics] - 음함수의 미분법

2017/04/21 - [Cyong's Mathmatics] - 매개변수와 매개변수함수의 미분법

2017/04/17 - [Cyong's Mathmatics] - 함성함수의 미분법

2017/04/16 - [Cyong's Mathmatics] - 함수의 미분법

2017/04/15 - [Cyong's Mathmatics] - 미분법의 기본 공식

2017/04/14 - [Cyong's Mathmatics] - 도함수의 정의

x의 함수y가 f(x,y)=0 의 꼴로 주어졌을 때, y를 x 의 음함수라고 합니다.

예를 들어 x+y+1=0 또는 xy+2x+y=0 은 모두 음함수입니다.

이때,

음함수를 양함수로 고치지 않고, y를 x의 함수로 보아 도함수를 구하는 것을 음함수의 미분법이라고 합니다.

음함수의 미분법 이용하여 r이 유리수일 때,

함수 의 도함수를 구해보도록 하겠습니다.

(m,n은 정수, m≠0)이라고 하면

이 때, 양변을 x에 대하여 미분하면, 음함수의 미분법에 의하여

2017/04/17 - [Cyong's Mathmatics] - 함성함수의 미분법

2017/04/16 - [Cyong's Mathmatics] - 함수의 미분법

2017/04/15 - [Cyong's Mathmatics] - 미분법의 기본 공식

x, y의 함수 관계가 변수 t를 매개로 하여 x=f(t), y=g(t)인 꼴로 나타낼 때,

변수 t를 매개변수라고 합니다.

이때,

함수 x=f(t), y=g(t)를 매개변수로 나타내어진 함수라고 합니다.

두 함수 f(t), g(t)가 미분가능하고 f'(t)≠0 일 때, 매개변수로 나타내어진

함수 f(t), g(t) 의 도함수를 구해보도록 하겠습니다.

매개변수 t의 증분 Δt에 대한 x의 증분 Δx, y의 증분을 Δy라고 하면

f(t)≠0 이므로 Δx→0 일 때, Δt→0 입니다.

따라서

2017/04/17 - [Cyong's Mathmatics] - 함성함수의 미분법

2017/04/16 - [Cyong's Mathmatics] - 함수의 미분법

2017/04/15 - [Cyong's Mathmatics] - 미분법의 기본 공식

2017/04/14 - [Cyong's Mathmatics] - 도함수의 정의

두 함수 y=f(y), u=g(x) 가 미분가능할 때,

합성함수 y=f(g(x))의 도함수를 구해보도록 하겠습니다.

x의 증분 Δx 에 대한 u의 증분을 Δu, u의 증분 Δu 에 대한 y의 증분을 Δy 라고 하면

그런데

두 함수 y=f(u), u=g(x) 는 미분가능하므로

여기서,

u=g(x) 는 연속이므로 Δx→0 일 때, Δu→0 입니다.

따라서

다음은 

미분가능한 함수 y=f(x) 에 대하여

 (n은 자연수)

가 성립함을 수학적 귀납법을 통해 증명하도록 하겠습니다.

ⓐ n=1 일 때

따라서 위에 주어진 등식이 성립합니다.

ⓑ 만약 n=k 일 때 성립한다고 가정한다면

따라서 n=k+1 일 때에도 위에 주어진 등식이 성립합니다.

따라서 ⓐ, ⓑ 를 통해  

 (n은 자연수)

가 성림됨을 알 수 있습니다.□

두함수 f(x), g(x) 가 미분가능할 때,

몫의 도함수를 구해보도록 하겠습니다.

먼저,

함수

에 대하여

그런데 함수 g(x) 는 미분가능한 함수이므로

그리고,

함수

라고 하면

이므로

따라서

여기서 g(x)는 미분가능한 함수이므로 연속입니다.

즉,

이므로

한편,

함수

에 대하여

이므로

두 함수의 곱의 미분법을 이용하면

n이 0 또는 양의 정수일 때,

 의 도함수는

n이 음의 정수일 때,

n=-m (m은양의 정수)이라고 하면

따라서

n이 정수일 때 

 의 도함수는

입니다.

함수 

(n은 양의 정수) 

의 도함수를 구해보면

특히,

상수함수 f(x)=c (c는 상수)의 도함수는

입니다.

미분가능한 두 함수 f(x), g(x) 의 실수배, 합, 차로

이루어진 함수의 도함수를 구해보면 다음과 같습니다.

ⓐ

(단, c는 상수)

ⓑ

ⓒ

ⓑ와 같은 방법으로

미분가능한 두 함수 f(x), g(x)의 곱으로

이뤄진 함수의 도함수도 다음과 같이 구할 수 있습니다.

미분가능한 함수 g(x) 는 연속함수이기때문에

미분법의 기본 공식

일반적으로 함수 y=f(x) 가 정의역 X 에서 미분가능하면

정의역에 속하는 모든 x 에 대하여

미분계수 f'(x) 를 대응시키는 새로운 함수

f':x → f'(x)

즉,

가 존재합니다.

이 때,

함수 f'(x) 를 f(x) 의 도함수라 하고,

이것을 기호로

라고 나타냅니다.

함수 y=f(x) 에서 그 도함수 f'(x) 를 구하는 것을

함수 y=f(x) 를 x 에 대하여 미분한다라고 하고

그 계산법을 미분법이라고 합니다.

함수 y=f(x)의 x=a 에서의 미분가능하다고 한다면

미분계수

가 존재하고 f'(a)는 일정한 값이므로

즉, 함수 y=f(x) 는 x=a 에서 연속입니다.

일반적으로

함수 y=f(x) 는 x=a 에서 미분가능하다고 한다면

y=f(x) 는 x=a 에서 연속입니다.

그러나 그 역은 참이 아닙니다.

지난 포스팅에서 미분계수에 대략적인 내용을 알아보았으니

이번 포스팅에서는 미분계수의 기하학적 의미에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

미분계수의 기하학적 의미

일반적으로 함수 y=f(x) 의 그래프 위의

두 점 P(a,f(a)) , Q(a+Δx,f(a+Δx))

에 대하여 평균변화율

는 직선 PQ 의 기울기를 뜻합니다. 

여기서, 점 P 를 고정하고

Δx 를 0 에 한없이 가까워지게 하면

점 Q 는 그래프 위를 움직이면서 점 A 에 가까워지고,

직선 PQ 는 점 P 를 지나는 직선 PT 에

한없이 가까워짐을 알 수 있습니다.

이때 직선 PT 를 점 P 에서의 곡선 y=f(x) 의 접선이라 하며

점 P 를 접점이라고 합니다.

따라서 Δx→0 일 때, 직선 PQ의 기울기의 극한값인

함수 y=f(x)의 x=a 에서의 미분계수

는 곡선 y=f(x) 위의 점 P(a,f(a)) 에서의

접점 PT의 기울기와 같음을 알 수 있습니다.

2017/04/11 - [Cyong's Mathmatics] - 미분계수

함수 y=f(x) 에서 x의 값이 a에서

a+Δx까지 변할 때의 평균변화율은

여기서

Δx→0 일 때 평균변화율의 극한값

이 존재하면

함수 y=f(x)는 x=a에서 미분가능하다고 하고

이 극한값을 함수 y=f(x)는 x=a에서의 순간변화율 또는 미분계수라 하며

기호로는

라고 나타냅니다.

또한, 함수 y=f(x) 가 어떤 구간에 속하는 모든 x의 값에서 미분가능 할 때,

함수 y=f(x) 는 그 구간에서 미분가능하다고 합니다.

특히,

함수 y=f(x) 가 정의역에 속하는 모든 x 의 값에서 미분가능할 때,

함수 y=f(x) 는 미분가능한 함수라고 합니다.

한편, a+Δx=x 라고 하면

Δx=x-a 이고, Δx→0  일 때, x→a 이므로