We approximate the function f(x)=5x. We need to centre the approximation about some value x=a such that we know f(a) and f′(a), and a is not too far from 30.
f(x)f′(x)a needs to be a number whose fifth root we know. Since 532=2, and 32 is reasonably close to 30, a=32 is a great choice.f(32)f′(32)The linear approximation of f(x) about x=32 isf(x)When x=30:f(30)=5x=x51=51x−54=55x41=532=2=5⋅241=801≈2+801(x−32)≈2+801(30−32)=2−401=4079
We estimate 530≈4079.
Remark: 4079=1.975, while 530≈1.97435. This is a decent estimation.
The linear approximation for Δy when Δx=101 isΔyThe quadratic approximation for Δy when Δx=101 isΔy≈f′(5)Δx=261⋅101=2601≈0.003846≈f′(5)Δx+21f′′(5)(Δx)2=261⋅101+21⋅262−10⋅1021=1352051≈0.003772
높이 x 미터의 절벽에서 물로 뛰어내릴 때, 물에 닿는 순간의 속력은 다음과 같이 주어진다.
s(x)=19.6xsecm
마지막 다이빙은 높이 4 미터에서 한 것이었다.
(a) Δy 의 선형 근사를 이용하여, 높이 5 미터에서 뛰어내릴 때 물에 닿는 순간 얼마나 더 빠르게 떨어질지 어림하세요.
(b) 한 다이버가 세 번 뛰어내린다. 첫 번째는 x 미터에서, 두 번째는 x+Δx 미터에서, 세 번째는 x+2Δx 미터에서 뛰어내리며, x 와 Δx 는 고정된 양수이다.
첫 번째 점프에서 두 번째 점프로 갈 때의 종단 속력의 증가량과, 두 번째 점프에서 세 번째 점프로 갈 때의 종단 속력의 증가량 중 어느 쪽이 더 큰지 구하세요.
영어 원문 보기
When diving off a cliff from x metres above the water, your speed as you hit the water is given by
s(x)=19.6xsecm
Your last dive was from a height of 4 metres.
(a) Use a linear approximation of Δy
to estimate how much faster you will be falling when you hit the water if you jump from a height of 5 metres.
(b) A diver makes three jumps: the first is from x metres, the second from
x+Δx metres, and the third from
x+2Δx metres, for some fixed positive values of x and Δx.
Which is bigger: the increase in terminal speed from the first to the second jump, or the increase in terminal speed from the second to the third jump?
정답·풀이 보기
(a)
x 가 4 근처일 때, Δy 의 선형 근사는
Δy문제에서 Δx=5−4=1 이다. 미분하면,s′(t)s′(4)선형근사에의하여Δy≈s′(4)Δx=19.6⋅2x1=x4.9,이므로=44.9≈44.9(1)≈1.1
따라서 4 미터에서 5 미터로 높이를 올리면 물에 닿는 순간의 속력은 약 1.1 미터/초 증가한다.
(b) 이번에도 선형 근사를 이용하면
Δy≈s′(a)Δx=a4.9⋅Δx
첫 두 점프 사이와 마지막 두 점프 사이의 높이 차이는 Δx 로 같다. 첫 번째 점프의 처음 높이는 두 번째 점프의 처음 높이보다 낮다. 그러므로 a 에 해당하는 값은 첫 번째 점프에서가 두 번째 점프에서보다 작다. 따라서 Δy 는 첫 두 점프 사이에서가 마지막 두 점프 사이에서보다 크다. 즉, 첫 번째 점프에서 두 번째 점프로 갈 때의 속력 증가량이 두 번째 점프에서 세 번째 점프로 갈 때의 속력 증가량보다 크다.
이를 식으로 더 나타내면, 첫 두 점프 사이의 종단 속력의 변화는
Δy한편다음두점프사이의종단속력의변화는Δy≈x4.9⋅Δx≈x+Δx4.9⋅Δx
x 와 Δx 가 양수일 때 x4.9⋅Δx>x+Δx4.9⋅Δx 이므로, 종단 속력의 변화는 첫 두 점프 사이에서가 다음 두 점프 사이에서보다 크다.
원본 교재 풀이(영어)
(a)
When x is near 4, the linear approximation of Δy is
ΔyFrom the problem, Δx=5−4=1. Differentiating,s′(t)s′(4)The linear approximation gives usΔy≈s′(4)Δx=19.6⋅2x1=x4.9, so =44.9≈44.9(1)≈1.1
So moving from 4 metres to 5 metres increases the speed with which you hit the water by about 1.1 metres per second.
(b) Again, we'll use the linear approximation
Δy≈s′(a)Δx=a4.9⋅Δx
The difference in height between the first two jumps and between the last two jumps is the same, Δx. The initial height of the first jump is smaller than the initial height of the second jump. So, the value corresponding to a is smaller for the first jump than for the second. Therefore, Δy is larger between the first two jumps than it is between the last two jumps. So, the increase in speed from the first jump to the second is larger than the increase in speed from the second jump to the third.
To put that more symbolically, the change in terminal speed between the first two jumps is
Δywhile the change in terminal speed between the next two jumps isΔy≈x4.9⋅Δx≈x+Δx4.9⋅Δx
Since x4.9⋅Δx>x+Δx4.9⋅Δx (when x and Δx are positive), the change in terminal speed is greater between the first two jumps than between the next two jumps.