연쇄 법칙은 미분에서 가장 많이 쓰이는 도구 이자 가장 큰 실수의 원천이기도 합니다. "바깥-그다음-안쪽" 패턴을 체화하면 거의 모든 합성함수를 세 줄 안에 미분할 수 있습니다. 이 가이드는 그 패턴을 보여 주고, 난도를 높여 가는 일곱 가지 예제를 풀며, 미리 외워 둘 가치가 있는 네 가지 실수를 정리합니다.
연쇄 법칙이 말하는 것
f f f 와 g g g 가 미분 가능하면, 합성 f ( g ( x ) ) f(g(x)) f ( g ( x )) 의 도함수는
d d x f ( g ( x ) ) = f ′ ( g ( x ) ) ⋅ g ′ ( x ) . \frac{d}{dx} f(g(x)) = f'(g(x)) \cdot g'(x). d x d f ( g ( x )) = f ′ ( g ( x )) ⋅ g ′ ( x ) .
말로 하면: 바깥 함수를 안쪽에서 평가해 미분하고, 안쪽의 도함수를 곱한다 . "바깥"과 "안쪽" 표시는 타협 불가입니다. 헷갈리면 답이 뒤집힙니다.
유용한 암기법: 연쇄 법칙은 "바깥 도함수 곱하기 안쪽 도함수"이며, 결코 더하기도, 하나만도 아닙니다.
풀이 예제 (쉬움 → 어려움)
예제 1: d d x sin ( 2 x ) \frac{d}{dx}\sin(2x) d x d sin ( 2 x )
바깥: sin ( u ) \sin(u) sin ( u ) , 안쪽: u = 2 x u = 2x u = 2 x .
d d u sin ( u ) = cos ( u ) \frac{d}{du}\sin(u) = \cos(u) d u d sin ( u ) = cos ( u ) , d d x ( 2 x ) = 2 \frac{d}{dx}(2x) = 2 d x d ( 2 x ) = 2 .
결과: cos ( 2 x ) ⋅ 2 = 2 cos ( 2 x ) \cos(2x) \cdot 2 = 2\cos(2x) cos ( 2 x ) ⋅ 2 = 2 cos ( 2 x ) .
예제 2: d d x e x 2 \frac{d}{dx} e^{x^2} d x d e x 2
바깥: e u e^u e u , 안쪽: u = x 2 u = x^2 u = x 2 .
d d u e u = e u \frac{d}{du} e^u = e^u d u d e u = e u , d d x ( x 2 ) = 2 x \frac{d}{dx}(x^2) = 2x d x d ( x 2 ) = 2 x .
결과: e x 2 ⋅ 2 x = 2 x e x 2 e^{x^2} \cdot 2x = 2x e^{x^2} e x 2 ⋅ 2 x = 2 x e x 2 .
예제 3: d d x ( 3 x 2 + 1 ) 4 \frac{d}{dx}(3x^2 + 1)^4 d x d ( 3 x 2 + 1 ) 4
바깥: u 4 u^4 u 4 , 안쪽: u = 3 x 2 + 1 u = 3x^2 + 1 u = 3 x 2 + 1 .
d d u u 4 = 4 u 3 \frac{d}{du} u^4 = 4u^3 d u d u 4 = 4 u 3 , d d x ( 3 x 2 + 1 ) = 6 x \frac{d}{dx}(3x^2 + 1) = 6x d x d ( 3 x 2 + 1 ) = 6 x .
결과: 4 ( 3 x 2 + 1 ) 3 ⋅ 6 x = 24 x ( 3 x 2 + 1 ) 3 4(3x^2 + 1)^3 \cdot 6x = 24x(3x^2 + 1)^3 4 ( 3 x 2 + 1 ) 3 ⋅ 6 x = 24 x ( 3 x 2 + 1 ) 3 .
예제 4: d d x ln ( cos x ) \frac{d}{dx}\ln(\cos x) d x d ln ( cos x )
바깥: ln u \ln u ln u , 안쪽: u = cos x u = \cos x u = cos x .
d d u ln u = 1 u \frac{d}{du}\ln u = \frac{1}{u} d u d ln u = u 1 , d d x cos x = − sin x \frac{d}{dx}\cos x = -\sin x d x d cos x = − sin x .
결과: 1 cos x ⋅ ( − sin x ) = − tan x \frac{1}{\cos x} \cdot (-\sin x) = -\tan x c o s x 1 ⋅ ( − sin x ) = − tan x .
예제 5: d d x x 2 + 1 \frac{d}{dx}\sqrt{x^2 + 1} d x d x 2 + 1
( x 2 + 1 ) 1 / 2 (x^2 + 1)^{1/2} ( x 2 + 1 ) 1/2 로 다시 씁니다.
바깥: u 1 / 2 u^{1/2} u 1/2 , 안쪽: u = x 2 + 1 u = x^2 + 1 u = x 2 + 1 .
바깥 도함수: 1 2 u − 1 / 2 \frac{1}{2}u^{-1/2} 2 1 u − 1/2 . 안쪽: 2 x 2x 2 x .
결과: 1 2 ( x 2 + 1 ) − 1 / 2 ⋅ 2 x = x x 2 + 1 \frac{1}{2}(x^2+1)^{-1/2} \cdot 2x = \frac{x}{\sqrt{x^2+1}} 2 1 ( x 2 + 1 ) − 1/2 ⋅ 2 x = x 2 + 1 x .
예제 6: 중첩 연쇄 — d d x sin ( cos ( x 2 ) ) \frac{d}{dx}\sin(\cos(x^2)) d x d sin ( cos ( x 2 ))
세 겹 — 연쇄 법칙을 두 번 적용합니다.
가장 바깥: sin ( u ) \sin(u) sin ( u ) , 안쪽 u = cos ( x 2 ) u = \cos(x^2) u = cos ( x 2 ) .
d u d x = − sin ( x 2 ) ⋅ 2 x \frac{du}{dx} = -\sin(x^2) \cdot 2x d x d u = − sin ( x 2 ) ⋅ 2 x (cos ( x 2 ) \cos(x^2) cos ( x 2 ) 에 연쇄 법칙).
결과: cos ( cos ( x 2 ) ) ⋅ ( − sin ( x 2 ) ) ⋅ 2 x = − 2 x sin ( x 2 ) cos ( cos ( x 2 ) ) \cos(\cos(x^2)) \cdot (-\sin(x^2)) \cdot 2x = -2x\sin(x^2)\cos(\cos(x^2)) cos ( cos ( x 2 )) ⋅ ( − sin ( x 2 )) ⋅ 2 x = − 2 x sin ( x 2 ) cos ( cos ( x 2 )) .
예제 7: 연쇄 법칙 + 곱의 법칙 함께 — d d x ( x 2 sin ( 3 x ) ) \frac{d}{dx}\bigl(x^2 \sin(3x)\bigr) d x d ( x 2 sin ( 3 x ) )
먼저 곱의 법칙: ( f g ) ′ = f ′ g + f g ′ (fg)' = f'g + fg' ( f g ) ′ = f ′ g + f g ′ .
f = x 2 f = x^2 f = x 2 , f ′ = 2 x f' = 2x f ′ = 2 x . g = sin ( 3 x ) g = \sin(3x) g = sin ( 3 x ) , 연쇄 법칙으로 g ′ = 3 cos ( 3 x ) g' = 3\cos(3x) g ′ = 3 cos ( 3 x ) .
결과: 2 x sin ( 3 x ) + x 2 ⋅ 3 cos ( 3 x ) = 2 x sin ( 3 x ) + 3 x 2 cos ( 3 x ) 2x \sin(3x) + x^2 \cdot 3\cos(3x) = 2x\sin(3x) + 3x^2\cos(3x) 2 x sin ( 3 x ) + x 2 ⋅ 3 cos ( 3 x ) = 2 x sin ( 3 x ) + 3 x 2 cos ( 3 x ) .
외워 둘 가치가 있는 네 가지 실수
안쪽 도함수를 잊는 것. d d x sin ( 2 x ) = cos ( 2 x ) \frac{d}{dx}\sin(2x) = \cos(2x) d x d sin ( 2 x ) = cos ( 2 x ) 라고 쓰는 것이 가장 흔한 연쇄 법칙 오류입니다. 인수 2 2 2 는 필수입니다.
대입 전에 안쪽을 미분하는 것. d d x ( 3 x 2 + 1 ) 4 \frac{d}{dx}(3x^2+1)^4 d x d ( 3 x 2 + 1 ) 4 는 4 ( 6 x ) 3 4(6x)^3 4 ( 6 x ) 3 이 아닙니다 . 바깥 도함수는 안쪽 식 에서 평가하지, 안쪽 도함수에서 평가하지 않습니다.
중첩 함수를 곱으로 착각하는 것. sin ( 2 x ) \sin(2x) sin ( 2 x ) 는 합성 이지 곱이 아닙니다. 곱의 법칙이 아니라 연쇄 법칙을 쓰세요.
삼각함수 거듭제곱 괄호를 잘못 묶는 것. sin 2 ( x ) = ( sin x ) 2 \sin^2(x) = (\sin x)^2 sin 2 ( x ) = ( sin x ) 2 — 바깥은 u 2 u^2 u 2 , 안쪽은 sin x \sin x sin x . 바깥이 sin \sin sin , 안쪽이 x 2 x^2 x 2 인 sin ( x 2 ) \sin(x^2) sin ( x 2 ) 와 혼동하기 쉽습니다.
막힐 때: 치환 요령
u = (안쪽 부분) u = \text{(안쪽 부분)} u = ( 안쪽 부분 ) 으로 놓고, d y d u \frac{dy}{du} d u d y 와 d u d x \frac{du}{dx} d x d u 를 구해 곱합니다. 함수가 위협적으로 보여도 이 기계적 치환은 항상 작동합니다.
직접 해보기
임의의 합성함수를 무료 도함수 계산기 에 붙여 넣고 각 연쇄 법칙 적용을 단계별로 확인하세요. 숙제 중 빠른 참조를 위해 연쇄 법칙 치트시트 섹션 과 함께 쓰세요.
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