자연상수의 미분

Minseung Kim·2023년 10월 24일
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exe^x의 미분은 exe^x이다. 과거에 이유를 배웠으나 까먹었기에 다시 한번 상기하고자 글을 쓰게 되었다.


먼저 f(x)=exf(x)= e^x인 함수를 도함수로 표기하면

limΔx0f(x+Δx)f(x)Δx\displaystyle\lim_{ Δx\rarr0}{f(x+Δx)-f(x)\over Δx} = limΔx0ex+ΔxexΔx\displaystyle\lim_{ Δx\rarr0}{e^{x+Δx} -e^{x}\over Δx} 이며,

limΔx0ex+ΔxexΔx\displaystyle\lim_{ Δx\rarr0}{e^{x+Δx} -e^{x}\over Δx} = limΔx0ex(eΔx1)Δx\displaystyle\lim_{ Δx\rarr0}{e^{x}(e^{Δx} -1)\over Δx} 이 된다.

여기서 limΔx0ex(eΔx1)Δx\displaystyle\lim_{ Δx\rarr0}{e^{x}(e^{Δx} -1)\over Δx}limΔx0(eΔx1)Δx=1\displaystyle\lim_{ Δx\rarr0}{(e^{Δx} -1)\over Δx}=1 이다.

WHY?

limΔx0(eΔx1)Δx=1\displaystyle\lim_{ Δx\rarr0}{(e^{Δx} -1)\over Δx}=1 이라 할때

(eΔx1)=t(e^{Δx} -1) = t라 하고, eΔx=t+1Δx=ln(t+1)e^{Δx} = t +1\rarr Δx=ln(t+1) 이다.

이 값을 limΔx0(eΔx1)Δx\displaystyle\lim_{ Δx\rarr0}{(e^{Δx} -1)\over Δx}에 대입하면

=limt0tln(t+1)=\displaystyle\lim_{ t\rarr0}{t\over ln(t+1)}

=limt01ln(t+1)t=\displaystyle\lim_{ t\rarr0}{{1\over ln(t+1)}\over t}

=limt011tln(t+1)=\displaystyle\lim_{ t\rarr0}{1\over{1\over t} ln(t+1)}

=limt01ln(t+1)1t=\displaystyle\lim_{ t\rarr0}{1\over ln(t+1)^{1\over t}}

위 값은 e=limt0ln(t+1)1te=\displaystyle\lim_{ t\rarr0}{ln(t+1)^{1\over t}} 에 의해

1ln(e)\rarr\displaystyle{1\over ln(e)} 이 되며 결과적으로 1이 되기에 이 가정은 사실이 된다.

그렇기에 최종적으로

limΔx0ex(eΔx1)Δx\displaystyle\lim_{ Δx\rarr0}{e^{x}(e^{Δx} -1)\over Δx}의 값은 exe^{x}가 되므로

exe^x의 미분은 exe^x이다.

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