함수 \(f\)가 구간 \([a,\,b]\)에서 연속이고 임의의 \(x\in[a,\,b]\)에 대하여 \(f(x) > 0\)일 때, \(x\)축과 \(y=f(x)\)의 그래프, 그리고 두 직선 \(x=a,\) \(x=b\)로 둘러싸인 부분의 넓이를 \([a,\,b]\)에서 \(f\)의 정적분이라고 부른다. 이와 같은 정의는 직관적인 정의이며 연속함수에 대해서만 정의되므로 대단히 협소하다. 이 포스트에서는 리만 적분을 엄밀하게 정의하고, 적분 가능성과 정적분의 성질을 살펴본다. 구분구적법 \(I = [a,\,b]\)가 길이가 양수인 구간이고 함수 \(f\)가 \([a,\,b]\)에서 정의되었다고 하자. 그리고 자연수 \(n\)에 대하여 …
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Calculus
이 포스트에서는 미분의 역계산인 역도함수와 부정적분의 개념을 살펴보고, 부정적분을 구하는 몇 가지 방법을 살펴본다. 역도함수와 부정적분 정의 1. \(I\)가 길이가 양수인 구간이고 \(F\)와 \(f\)가 \(I\)에서 정의된 함수라고 하자. 만약 \(I\)에서 \(F ‘ = f\)가 성립하면 ‘\(F\)는 \(I\)에서 \(f\)의 역도함수(antiderivative)이다’라고 말한다. 한 함수의 역도함수는 유일하게 정해지지 않는다. 예컨대 \[f(x) = \cos x\] 일 때, 다음 함수들은 모두 \(f\)의 역도함수이다. \[\begin{align} F_1 (x) &= \sin x …
두 함수 \(f\)와 \(g\)모두 점 \(c\)를 원소로 갖는 한 열린 구간에서 정의되어 있고, \(x\to c\)일 때 \(f(x) \to A,\) \(g(x) \to B\)이며 \(B \ne 0\)이라고 하자. 그러면 \[\lim_{x\to c} \frac{f(x)}{g(x)} = \frac{A}{B}\] 가 성립한다. 그러나 만약 \(A = B = 0\)이거나, \(x\to c\)일 때 \(f(x)\)와 \(g(x)\)가 모두 무한대로 발산하면 위와 같은 등식을 사용할 수 없다. 예컨대 \(x\to 0\)일 때 \(\sin x \to 0\)이므로 극한 …
이차함수 \(y=ax^2 + bx +c\)의 그래프는 \(a > 0\)일 때 아래쪽으로 볼록하고 \(a < 0\)일 때 위쪽으로 볼록하다. 사인이나 코사인의 경우에는 \(x\)의 값이 커짐에 따라 함수의 그래프가 볼록한 방향이 위쪽과 아래쪽으로 번갈아가면서 나타난다. 이와 같은 그래프의 볼록성은 그래프의 모양을 관찰하면 알 수 있다. 하지만 그래프를 그리지 않더라도 도함수를 이용하여 함수의 그래프의 볼록성을 조사할 수 있다. 이 포스트에서는 함수의 그래프의 볼록성을 정의하고 그와 관련된 성질을 ...
함수 \(f\)의 정의역의 내점 \(a\)에서의 미분계수 \(f ‘ (a)\)는 \(x=a\)일 때 \(y=f(x)\)의 그래프에 접하는 직선의 기울기와 같다. 즉 미분계수는 함수의 그래프의 모양에 의하여 결정되므로, 미분을 이용하여 함수의 그래프의 성질을 밝힐 수 있다. 이 포스트에서는 함수의 극값, 증가와 감소를 정의하고 이와 관련된 미분의 성질을 살펴본다. 함수의 극값 \(E\)가 \(\mathbb{R}\)의 부분집합이라고 하자. 만약 \(M \in E\)이고, 임의의 \(x\in E\)에 대하여 \(x\le M\)이면 \(M\)을 \(E\)의 최댓값이라고 부른다. …
이 포스트에서는 쌍곡선함수와 역쌍곡선함수를 정의하고 이 함수들의 도함수를 살펴본다. 쌍곡선함수의 정의 \(\mathbb{R}\)에서 정의된 함수는 기함수와 우함수의 합으로 나타낼 수 있다. 즉 함수 \(f\)는 \[f(x) = \frac{f(x)-f(-x)}{2} + \frac{f(x)+f(-x)}{2}\] 로서 기함수와 우함수의 합으로 표현된다. 이와 같은 방법으로 자연지수함수를 기함수와 우함수의 합으로 표현하면 \[e^x = \frac{e^x – e^{-x}}{2} + \frac{e^x + e^{-x}}{2}\] 이다. 이때 \(e^x\)의 기함수 부분을 쌍곡선사인, 우함수 부분을 쌍곡선코사인이라고 부른다. 즉 쌍곡선사인(hyperbolic sine)이란 \[\sinh …
\(a\)가 \(1\)이 아닌 양수일 때 \[ y = a^x \,\,\,(x\in\mathbb{R})\tag{1}\] 꼴로 정의된 함수를 지수함수라고 부른다. 또한 지수함수 (1)의 역함수를 로그함수라고 부르고 \[ y = \log _a x \,\,\,(x > 0 )\] 로 나타낸다. 이 포스트에서는 지수함수와 로그함수의 도함수를 구하고, 로그 미분법을 이용하여 지수가 실수인 거듭제곱 미분법을 증명한다. 지수함수의 미분 지수함수와 로그함수의 도함수를 구하기 위해서는 자연상수라고 불리는 상수 \(e\)를 도입해야 한다. \(e\)를 정의하는 방법은 여러 …
이 포스트에서는 삼각함수와 역삼각함수의 미분 공식을 살펴본다. 삼각함수의 미분 삼각함수의 미분 공식을 유도할 때에는 삼각함수의 덧셈 공식 \[\sin (x+h) = \sin x \cos h + \cos x \sin h\] 와 극한 공식 \[\lim_{h\to 0}\frac{\cos h -1}{h} = 0 ,\quad \lim_{h\to 0}\frac{\sin h}{h} =1\] 이 사용된다. 이 공식을 이용하여 사인 함수의 도함수를 구하면 다음과 같다. \[\begin{align} \frac{d}{dx} \sin x &= \lim_{h\to 0} \frac{\sin(x+h) – \sin …
사칙계산과 관련된 미분 법칙을 이용하면 유리함수의 미분은 할 수 있지만, 그 외의 복잡한 함수를 미분하기에는 어려움이 있다. 합성함수, 음함수, 역함수의 미분법을 이용하면 더 다양한 종류의 함수를 미분할 수 있다. 합성함수의 미분 다음과 같은 함수를 생각하자. \[h(x) = (2x+4)^3 \tag{1}\] 이 함수를 미분하고 미분계수 \(h ‘ (1)\)을 구해 보자. 우변을 전개하면 \[h(x) = 8x^3 + 48x^2 + 96x + 64 \] 이므로 \[h ‘ (x) …
이 포스트에서는 일차함수를 이용하여 미분 가능한 함수의 근사함수를 만드는 방법을 살펴본다. 또한 미분소의 개념을 도입하고 변화량의 근삿값을 구하는 방법을 살펴본다. 할선, 접선, 법선 함수 \(y=f(x)\)가 서로 다른 두 점 \(a,\) \(b\)를 원소로 갖는 한 구간에서 연속이라고 하자. 이때 두 점 \((a,\,f(a)),\) \((b,\,f(b))\)를 모두 지나는 직선을 함수 \(f\)의 그래프의 할선이라고 부른다. 만약 \(f\)의 그래프 위에서 점 \((b,\,f(b))\)가 점 \((a,\,f(a))\)에 가까이 다가감에 따라 이 두 점을 …