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v1 · padrão canônico

Lição 53 — Regra da cadeia

Derivada de função composta: se y = f(g(x)), então dy/dx = f'(g(x))·g'(x). A regra mais usada em todo o cálculo aplicado.

Used in: 2.º ano EM (16 anos) · Equiv. Math II/III japonês §微分 · Equiv. Klasse 11 alemã Abitur

ddx[f(g(x))]=f(g(x))g(x)\frac{d}{dx}[f(g(x))] = f'(g(x)) \cdot g'(x)
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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

정의와 이론

정식 표현

"연쇄 미분법은 f(g(x))f(g(x))의 도함수가 f(g(x))g(x)f'(g(x)) \cdot g'(x)임을 말합니다. 즉, 바깥 함수 ff를 도함수 구하고, 안쪽 함수 g(x)g(x)에서 계산한 뒤, 안쪽 함수의 도함수를 곱합니다." — OpenStax Calculus Volume 1, §3.6

"바깥에서 안으로 생각하세요: 바깥쪽 함수를 확인하고, 안쪽 함수는 그대로 두면서 그것을 도함수 구하고, 그 다음 안쪽 함수의 도함수를 곱하세요." — Boelkins, Active Calculus §2.5

엄밀한 증명

어려운 점은 h0h \neq 0일 때도 g(x+h)g(x)g(x+h) - g(x)가 0일 수 있어서 Δg\Delta g를 약분하는 단순한 논증이 실패한다는 것입니다. 해결책은 보조함수를 사용하는 것입니다:

Q(y)={f(y)f(g(a))yg(a)yg(a)f(g(a))y=g(a)Q(y) = \begin{cases} \dfrac{f(y) - f(g(a))}{y - g(a)} & y \neq g(a) \\ f'(g(a)) & y = g(a) \end{cases}

QQg(a)g(a)에서 연속입니다 (ff의 미분가능성에 의해). f(g(a+h))f(g(a))=Q(g(a+h))[g(a+h)g(a)]f(g(a+h)) - f(g(a)) = Q(g(a+h)) \cdot [g(a+h) - g(a)]이므로, hh로 나누고 h0h \to 0을 취하면 (fg)(a)=f(g(a))g(a)(f \circ g)'(a) = f'(g(a)) \cdot g'(a)를 얻습니다.

기본 특수한 경우

합성함수도함수
[g(x)]n[g(x)]^nn[g(x)]n1g(x)n\,[g(x)]^{n-1} \cdot g'(x)
sin(g(x))\sin(g(x))cos(g(x))g(x)\cos(g(x)) \cdot g'(x)
cos(g(x))\cos(g(x))sin(g(x))g(x)-\sin(g(x)) \cdot g'(x)
eg(x)e^{g(x)}eg(x)g(x)e^{g(x)} \cdot g'(x)
ln(g(x))\ln(g(x))g(x)/g(x)g'(x)/g(x)
g(x)\sqrt{g(x)}g(x)/(2g(x))g'(x) / (2\sqrt{g(x)})
ag(x)a^{g(x)}ag(x)lnag(x)a^{g(x)} \ln a \cdot g'(x)

삼중 합성

h(x)=f(g(k(x)))h(x) = f(g(k(x)))일 때:

(fgk)(x)=f(g(k(x)))g(k(x))k(x)(f \circ g \circ k)'(x) = f'(g(k(x))) \cdot g'(k(x)) \cdot k'(x)
(tripla)
what this means · 연쇄 미분법이 일반화됩니다: 각 층의 도함수를 곱하면서, 항상 바깥에서 안으로 진행합니다.

합성 다이어그램

xg(x)u = g(x)g'(x) = du/dxf(u)y = f(g(x))dy/dx = f'(g)·g'

합성의 흐름: 입력 x, g로 처리되어 u 생성, 다음에 f로 처리되어 y 생성. 전체 율 dy/dx는 각 부분 율의 곱입니다.

풀이된 예제들

Exercise list

40 exercises · 10 with worked solution (25%)

Application 26Understanding 4Modeling 6Challenge 3Proof 1
  1. Ex. 53.1Application

    ddx[(2x+3)5]\dfrac{d}{dx}[(2x+3)^5]를 계산하세요.

  2. Ex. 53.2ApplicationAnswer key

    (sin(4x))(\sin(4x))'를 계산하세요.

  3. Ex. 53.3Application

    (ex2)(e^{x^2})'를 계산하세요.

  4. Ex. 53.4Application

    (ln(x2+1))(\ln(x^2 + 1))'를 계산하세요.

  5. Ex. 53.5Application

    (x2+1)(\sqrt{x^2+1})'를 계산하세요.

  6. Ex. 53.6Application

    (cos2x)(\cos^2 x)'를 계산하세요.

  7. Ex. 53.7Application

    (tan(2x))(\tan(2x))'를 계산하세요.

  8. Ex. 53.8Application

    (sin(cosx))(\sin(\cos x))'를 계산하세요.

  9. Ex. 53.9Application

    (esinx)(e^{\sin x})'를 계산하세요.

  10. Ex. 53.10Application

    ((lnx)3)((\ln x)^3)'를 계산하세요.

  11. Ex. 53.11Application

    (1x2)(\sqrt{1-x^2})'를 계산하세요.

  12. Ex. 53.12Application

    (1x2+4)\left(\dfrac{1}{x^2+4}\right)'를 계산하세요.

  13. Ex. 53.13ApplicationAnswer key

    (2x2)(2^{x^2})'를 계산하세요.

  14. Ex. 53.14ApplicationAnswer key

    (sin3(2x))(\sin^3(2x))'를 계산하세요.

  15. Ex. 53.15ApplicationAnswer key

    (arctan(x2))(\arctan(x^2))'를 계산하세요. (답: 2x/(1+x4)2x/(1+x^4).)

  16. Ex. 53.16Application

    (ln(sinx))(\ln(\sin x))'를 계산하세요.

  17. Ex. 53.17Application

    (ecos(2x))(e^{\cos(2x)})'를 계산하세요.

  18. Ex. 53.18Application

    (tanx)(\sqrt{\tan x})'를 계산하세요.

  19. Ex. 53.19Application

    (sin(x))(\sin(\sqrt{x}))'를 계산하세요.

  20. Ex. 53.20Application

    ((3x+5)10)((3x+5)^{10})'를 계산하세요.

  21. Ex. 53.21ApplicationAnswer key

    (cos(3x2+2))(\cos(3x^2+2))'를 계산하세요.

  22. Ex. 53.22Application

    (ln(lnx))(\ln(\ln x))'를 계산하세요.

  23. Ex. 53.23Application

    (xsin(x2))(x \cdot \sin(x^2))'를 계산하세요.

  24. Ex. 53.24ApplicationAnswer key

    (xex2)(x \cdot e^{x^2})'를 계산하세요.

  25. Ex. 53.25Application

    (sin(x2+1))(\sin(\sqrt{x^2+1}))'를 계산하세요.

  26. Ex. 53.26ApplicationAnswer key

    (tan2(3x))(\tan^2(3x))'를 계산하세요.

  27. Ex. 53.27Understanding

    곡선 y=(x2+1)3y = (x^2+1)^3의 점 x=1x = 1에서의 접선을 찾으세요. (답: y=24x16y = 24x - 16.)

  28. Ex. 53.28Understanding

    오류 분석. 학생이 (ex2)=xex2(e^{x^2})' = xe^{x^2}라고 쓰세요. 어떤 구체적 오류가 저질러졌나요?

  29. Ex. 53.29UnderstandingAnswer key

    개념. sin(x2)\sin(x^2)를 도함수 구하려면 어떤 규칙을 적용하나요? 왜 곱 규칙이 아닌가요?

  30. Ex. 53.30Understanding

    (eex)(e^{e^x})'를 계산하세요.

  31. Ex. 53.31Modeling

    물리학. 조화운동 중인 입자의 위치는 s(t)=sin(ωt)s(t) = \sin(\omega t)입니다. 가속도 s(t)s''(t)를 계산하고 s(t)=ω2s(t)s''(t) = -\omega^2 s(t)임을 보이세요.

  32. Ex. 53.32Modeling

    원자핵 물리학. 방사성 붕괴는 N(t)=N0eλtN(t) = N_0 e^{-\lambda t}를 따릅니다. N(t)N'(t)를 계산하고 N(t)=λN(t)N'(t) = -\lambda N(t)임을 보이세요.

  33. Ex. 53.33Modeling

    생물학. 물류 성장은 P(t)=K1+ertP(t) = \dfrac{K}{1 + e^{-rt}}입니다. P(0)P'(0)를 계산하세요.

  34. Ex. 53.34Modeling

    통계. 표준 정규 밀도 함수 f(x)=12πex2/2f(x) = \dfrac{1}{\sqrt{2\pi}} e^{-x^2/2}에 대해 f(x)f'(x)를 계산하세요.

  35. Ex. 53.35ModelingAnswer key

    재정. 비율 rr로 할인된 캐시 흐름 SS의 현재 가치는 V(t)=SertV(t) = S\,e^{-rt}입니다. dV/dtdV/dt를 계산하고 결과를 해석하세요.

  36. Ex. 53.36Modeling

    물리학. 운동 에너지는 E(v)=12mv2E(v) = \tfrac{1}{2}mv^2이고 속도는 v(t)=atv(t) = at입니다. 연쇄 미분법으로 dE/dtdE/dt를 계산하고 직접 도함수로 확인하세요.

  37. Ex. 53.37Challenge

    (sin(cos(sinx)))(\sin(\cos(\sin x)))'를 계산하세요.

  38. Ex. 53.38ChallengeAnswer key

    ddx[(x+x2+1)n]\dfrac{d}{dx}\left[(x + \sqrt{x^2+1})^n\right]를 계산하세요.

  39. Ex. 53.39Challenge

    (sin(ex2))(\sin(e^{x^2}))'를 계산하세요.

  40. Ex. 53.40Proof

    증명. 단순 논증 ΔfΔgΔgh\frac{\Delta f}{\Delta g} \cdot \frac{\Delta g}{h}가 연쇄 미분법의 엄밀한 증명으로 실패하는 이유를 설명하세요. 보조함수 Q(y)Q(y)가 문제를 어떻게 해결하나요?

출처

Updated on 2026-05-05 · Author(s): Clube da Matemática

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