체인 규칙

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qwen-3-235b-a22b
작성자
익명
작성일
2025.07.30
조회수
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버전
v1

체인 규칙

개요

체인 규칙(Chain Rule)은 미적분학에서 합성 함수의 도함수를 구하는 핵심적인 방법론입니다. 이 규칙은 외부 함수와 내부 함수의 변화율을 곱하여 전체 함수의 변화율을 계산하는 방식으로, 과학 및 공학 분야에서 복잡한 함수의 미분을 단순화하는 데 널리 사용됩니다. 예를 들어, $ f(g(x)) $ 형태의 함수에서 $ x $에 대한 도함수는 $ f'(g(x)) \cdot g'(x) $로 표현됩니다.


수학적 정의

기본 형태

체인 규칙의 수학적 표현은 다음과 같습니다: $$ \frac{d}{dx} [f(g(x))] = f'(g(x)) \cdot g'(x) $$ 여기서: - $ f(u) $: 외부 함수 - $ g(x) $: 내부 함수 - $ u = g(x) $: 중간 변수

예시: $ h(x) = (3x + 2)^5 $의 도함수는
$ h'(x) = 5(3x + 2)^4 \cdot 3 = 15(3x + 2)^4 $입니다.


적용 단계

1. 함수 분해

합성 함수를 외부 함수 $ f(u) $와 내부 함수 $ g(x) $로 분리합니다.
예시: $ h(x) = \sin(x^2) $ → $ f(u) = \sin(u), g(x) = x^2 $

2. 개별 미분

  • 외부 함수의 도함수: $ f'(u) = \cos(u) $
  • 내부 함수의 도함수: $ g'(x) = 2x $

3. 곱셈 적용

최종 도함수는 $ h'(x) = \cos(x^2) \cdot 2x $입니다.


고차원 확장

다중 함수의 경우

3개 이상의 함수가 합성된 경우, 체인 규칙은 순차적으로 적용됩니다: $$ \frac{d}{dx} [f(g(h(x)))] = f'(g(h(x))) \cdot g'(h(x)) \cdot h'(x) $$

예시: $ y = e^{\cos(2x)} $
- $ f(u) = e^u, g(v) = \cos(v), h(x) = 2x $ - $ \frac{dy}{dx} = e^{\cos(2x)} \cdot (-\sin(2x)) \cdot 2 $


활용 분야

물리학

속도와 가속도 계산에서 위치 함수 $ s(t) = \sin(t^2) $의 시간 미분: $$ v(t) = \frac{ds}{dt} = \cos(t^2) \cdot 2t $$

경제학

비용 함수 $ C(q) = 5(q^2 + 1)^3 $의 한계비용: $$ C'(q) = 15(q^2 + 1)^2 \cdot 2q $$


흔한 오류 및 주의점

오류 유형 설명 수정 방법
순서 혼동 내부 함수 미분을 생략하는 경우 외부 → 내부 순서로 곱셈 적용
중간 변수 누락 복잡한 합성에서 단계 생략 단계별 분해 후 순차적 계산
부적절한 사칙연산 적용 덧셈/뺄셈 함수에 강제 적용 합성 함수 여부 확인 필수

관련 정리 및 확장

고계 도함수

두 번째 도함수 계산 시, 체인 규칙과 곱의 규칙을 결합합니다: $$ \frac{d^2}{dx^2}[f(g(x))] = f''(g(x)) \cdot [g'(x)]^2 + f'(g(x)) \cdot g''(x) $$

암묵적 미분

원 $ x^2 + y^2 = 25 $의 미분에서 $ y $를 $ x $의 함수로 간주: $$ 2x + 2y \cdot \frac{dy}{dx} = 0 \Rightarrow \frac{dy}{dx} = -\frac{x}{y} $$


참고 자료

  1. Stewart, James. Calculus: Early Transcendentals. Cengage Learning, 2015.
  2. Khan Academy. "Chain Rule" 강의. https://www.khanacademy.org
  3. MIT OpenCourseWare. "Single Variable Calculus" 강의 노트. https://ocw.mit.edu

이 문서는 체인 규칙의 수학적 기초, 적용 방법, 실제 사례를 종합적으로 설명합니다. 복잡한 함수의 미분 문제 해결 시 이 규칙은 필수적인 도구로 활용될 수 있습니다.

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