문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 극한·미분 심화

선형근사와 미분소

접선으로 함숫값을 근사하고, dy로 변화량과 오차를 어림한다

유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

97문제 · 5 / 5쪽

81.CLP-1 · 3.4절 · 1번대학 수준우리말 번역

f(x)f(x) 가 함수이고, x=5x=5 근처에서의 선형 근사를 계산하여 f(x)≈3x−9f(x) \approx 3x-9 를 얻었다고 하자.

(a) f(5)f(5) 는 얼마입니까? (b) f′(5)f'(5) 는 얼마입니까? (c) f(0)f(0) 은 얼마입니까?

영어 원문 보기

Suppose f(x)f(x) is a function, and we calculated its linear approximation near x=5x=5 to be f(x)≈3x−9f(x) \approx 3x-9.

(a) What is f(5)f(5)? (b) What is f′(5)f'(5)? (c) What is f(0)f(0)?

정답·풀이 보기

선형 근사는 L(x)=3x−9L(x)=3x-9 이다. x=5x=5 에서 근사하므로 f(5)=L(5)f(5)=L(5) 이고 f′(5)=L′(5)f'(5)=L'(5) 이다. 그러나 x≠5x \neq 5 일 때 f(x)f(x) 와 L(x)L(x) 의 값이 같다는 보장은 없다. 따라서

(a) f(5)=L(5)=6f(5)=L(5)=6

(b) f′(5)=L′(5)=3f'(5)=L'(5)=3

(c) f(0)f(0) 을 구하기에는 정보가 충분하지 않다.

원본 교재 풀이(영어)

The linear approximation is L(x)=3x−9L(x)=3x-9. Since we're approximating at x=5x=5, f(5)=L(5)f(5)=L(5), and f′(5)=L′(5)f'(5)=L'(5). However, there is no guarantee that f(x)f(x) and L(x)L(x) have the same value when x≠5x \neq 5. So:

(a) f(5)=L(5)=6f(5)=L(5)=6

(b) f′(5)=L′(5)=3f'(5)=L'(5)=3

(c) there is not enough information to find f(0)f(0).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 1.8절 · 8번
# 선형근사와 미분소계산기본자동 분류
82.CLP-1 · 3.4절 · 2번대학 수준우리말 번역

곡선 y=f(x)y=f(x) 가 아래에 나타나 있습니다. x=2x=2 에서 f(x)f(x) 의 선형 근사의 그래프를 그리세요.

그림

영어 원문 보기

The curve y=f(x)y=f(x) is shown below. Sketch the linear approximation of f(x)f(x) about x=2x=2.

figure

정답·풀이 보기

선형 근사는 점 (2,f(2))(2,f(2)) 를 지나고 기울기가 f′(2)f'(2) 인 직선이다. 즉, x=2x=2 에서 f(x)f(x) 의 선형 근사는 x=2x=2 에서 f(x)f(x) 의 접선이다. 이를 아래에 빨간색으로 나타내었다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

The linear approximation is a line, passing through (2,f(2))(2,f(2)), with slope f′(2)f'(2). That is, the linear approximation to f(x)f(x) about x=2x=2 is the tangent line to f(x)f(x) at x=2x=2. It is shown below in red.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 1번
# 선형근사와 미분소그래프·표 해석기본자동 분류
83.CLP-1 · 3.4절 · 3번대학 수준우리말 번역

함수 f(x)=2x+5f(x)=2x+5 의 x=ax=a 에서의 선형 근사를 구하세요.

영어 원문 보기

What is the linear approximation of the function f(x)=2x+5f(x)=2x+5 about x=ax=a?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

임의의 상수 aa 에 대해 f(a)=(2a+5)f(a)=(2a+5) 이고 f′(a)=2f'(a)=2 이므로, 근사하면 f(x)≈(2a+5)+2(x−a)=2x+5f(x) \approx (2a+5)+2(x-a)=2x+5

f(x)f(x) 자체가 일차함수이므로 선형 근사는 사실 f(x)f(x) 그 자체이다. 따라서 선형 근사는 모든 xx 의 값에 대해 완벽하게 정확하다.

원본 교재 풀이(영어)

For any constant aa, f(a)=(2a+5)f(a)=(2a+5), and f′(a)=2f'(a)=2, so our approximation gives us f(x)≈(2a+5)+2(x−a)=2x+5f(x) \approx (2a+5)+2(x-a)=2x+5

Since f(x)f(x) itself is a linear function, the linear approximation is actually just f(x)f(x) itself. As a consequence, the linear approximation is perfectly accurate for all values of xx.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 2번
# 선형근사와 미분소계산기본자동 분류
84.CLP-1 · 3.4절 · 4번대학 수준우리말 번역

선형 근사를 이용하여 x=0.93x=0.93 일 때 log⁡(x)\log(x) 의 값을 어림하세요. 곡선 y=f(x)y=f(x) 와 선형 근사의 그래프를 그리세요.

(씨엘피-1 교재에서는 log⁡x\log x 가 xx 의 자연로그 log⁡ex\log_e x 를 뜻한다는 점을 기억하세요.)

영어 원문 보기

Use a linear approximation to estimate log⁡(x)\log(x) when x=0.93x=0.93. Sketch the curve y=f(x)y=f(x) and your linear approximation.

(Remember that in CLP-1 we use log⁡x\log x to mean the natural logarithm of xx, log⁡ex\log_e x.)

정답·풀이 보기

f(0.93)f(0.93) 이 얼마인지는 알 수 없지만, 0.93 은 1 에 매우 가깝고 f(1)f(1) 은 분명히 알고 있다. x=1x=1 근처에서 f(x)f(x) 의 선형 근사는 다음과 같이 주어진다.

f(x)≈f(1)+f′(1)(x−1)따라서 다음을 계산한다:f(1)=log⁡(1)=0f′(x)=1xf′(1)=11=1그러므로f(x)≈0+1(x−1)=x−1x=0.93 일 때:f(0.93)≈0.93−1=−0.07\begin{aligned} f(x) &\approx f(1)+f'(1)(x-1) \\ \text{따라서 다음을 계산한다:} \\ f(1)&=\log(1)=0\\ f'(x)&=\frac{1}{x}\\ f'(1)&=\frac{1}{1}=1 \\ \text{그러므로} \\ f(x) &\approx 0+1(x-1)=x-1 \\ \text{$x=0.93$ 일 때:} \\ f(0.93) &\approx 0.93-1=-0.07 \end{aligned}

그림

원본 교재 풀이(영어)

We have no idea what f(0.93)f(0.93) is, but 0.93 is pretty close to 1, and we definitely know f(1)f(1). The linear approximation of f(x)f(x) about x=1x=1 is given by

f(x)≈f(1)+f′(1)(x−1)So, we calculate:f(1)=log⁡(1)=0f′(x)=1xf′(1)=11=1Therefore,f(x)≈0+1(x−1)=x−1When x=0.93:f(0.93)≈0.93−1=−0.07\begin{aligned} f(x) &\approx f(1)+f'(1)(x-1) \\ \text{So, we calculate:} \\ f(1)&=\log(1)=0\\ f'(x)&=\frac{1}{x}\\ f'(1)&=\frac{1}{1}=1 \\ \text{Therefore,} \\ f(x) &\approx 0+1(x-1)=x-1 \\ \text{When $x=0.93$:} \\ f(0.93) &\approx 0.93-1=-0.07 \end{aligned}

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 3번
# 선형근사와 미분소그래프·표 해석보통자동 분류
85.CLP-1 · 3.4절 · 5번대학 수준우리말 번역

선형 근사를 이용하여 5\sqrt{5} 의 값을 어림하세요.

영어 원문 보기

Use a linear approximation to estimate 5\sqrt{5}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

4 는 완전제곱수이고 5 에 가까우므로, 함수 f(x)=xf(x)=\sqrt{x} 를 x=4x=4 에서 근사한다.

f(4)=4=2f′(x)=12x⇒f′(4)=124=14f(x)≈f(4)+f′(4)(x−4)=2+14(x−4)f(5)≈2+14(5−4)=94\begin{aligned} f(4)&=\sqrt{4}=2\\ f'(x)&=\frac{1}{2\sqrt{x}} \qquad \Rightarrow \qquad f'(4)=\frac{1}{2\sqrt{4}}=\frac{1}{4}\\ f(x) &\approx f(4)+f'(4)(x-4)=2+\frac{1}{4}(x-4)\\ f(5)&\approx 2+\frac{1}{4}(5-4)=\frac{9}{4} \end{aligned}

5≈94\sqrt{5}\approx\dfrac{9}{4} 로 어림한다.

참고: (94)2=8116\left(\dfrac{9}{4}\right)^2=\dfrac{81}{16} 이고, 이는 8016=5\dfrac{80}{16}=5 에 꽤 가깝다. 따라서 이 근삿값은 꽤 좋아 보인다.

원본 교재 풀이(영어)

We approximate the function f(x)=xf(x)=\sqrt{x} about x=4x=4, since 4 is a perfect square and it is close to 5.

f(4)=4=2f′(x)=12x⇒f′(4)=124=14f(x)≈f(4)+f′(4)(x−4)=2+14(x−4)f(5)≈2+14(5−4)=94\begin{aligned} f(4)&=\sqrt{4}=2\\ f'(x)&=\frac{1}{2\sqrt{x}} \qquad \Rightarrow \qquad f'(4)=\frac{1}{2\sqrt{4}}=\frac{1}{4}\\ f(x) &\approx f(4)+f'(4)(x-4)=2+\frac{1}{4}(x-4)\\ f(5)&\approx 2+\frac{1}{4}(5-4)=\frac{9}{4} \end{aligned}

We estimate 5≈94\sqrt{5}\approx\dfrac{9}{4}.

Remark: (94)2=8116\left(\dfrac{9}{4}\right)^2=\dfrac{81}{16}, which is pretty close to 8016=5\dfrac{80}{16}=5. Our approximation seems pretty good.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 4번
# 선형근사와 미분소계산보통자동 분류
86.CLP-1 · 3.4절 · 6번대학 수준우리말 번역

선형 근사를 이용하여 305\sqrt[5]{30} 을 어림하세요

영어 원문 보기

Use a linear approximation to estimate 305\sqrt[5]{30}

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

함수 f(x)=x5f(x)=\sqrt[5]{x} 를 근사한다. f(a)f(a) 와 f′(a)f'(a) 를 알 수 있고 aa 가 3030 에서 너무 멀지 않도록, 어떤 값 x=ax=a 를 중심으로 근사해야 한다.

f(x)=x5=x15f′(x)=15x−45=15x54a 는 5제곱근을 아는 수여야 한다. 325=2 이고 32는 30에 꽤 가까우므로 a=32 가 아주 좋은 선택이다.f(32)=325=2f′(32)=15⋅24=180x=32 에서 f(x) 의 선형 근사는f(x)≈2+180(x−32)x=30 일 때:f(30)≈2+180(30−32)=2−140=7940\begin{aligned} f(x)&=\sqrt[5]{x}=x^{\frac{1}{5}}\\ f'(x)&=\frac{1}{5}x^{-\frac{4}{5}}=\frac{1}{5\sqrt[5]{x}^4} \\ \text{$a$ 는 5제곱근을 아는 수여야 한다. $\sqrt[5]{32}=2$ 이고 32는 30에 꽤 가까우므로 $a=32$ 가 아주 좋은 선택이다.} \\ f(32)&=\sqrt[5]{32}=2\\ f'(32)&=\frac{1}{5\cdot 2^4}=\frac{1}{80} \\ \text{$x=32$ 에서 $f(x)$ 의 선형 근사는} \\ f(x) &\approx 2+\frac{1}{80}(x-32) \\ \text{$x=30$ 일 때:} \\ f(30) &\approx 2+\frac{1}{80}(30-32)=2-\frac{1}{40}=\frac{79}{40} \end{aligned}

따라서 305≈7940\sqrt[5]{30}\approx \dfrac{79}{40} 로 어림한다.

참고: 7940=1.975\dfrac{79}{40} = 1.975 이고, 305≈1.97435\sqrt[5]{30} \approx 1.97435 이다. 꽤 괜찮은 어림이다.

원본 교재 풀이(영어)

We approximate the function f(x)=x5f(x)=\sqrt[5]{x}. We need to centre the approximation about some value x=ax=a such that we know f(a)f(a) and f′(a)f'(a), and aa is not too far from 3030.

f(x)=x5=x15f′(x)=15x−45=15x54a needs to be a number whose fifth root we know. Since 325=2, and 32 is reasonably close to 30, a=32 is a great choice.f(32)=325=2f′(32)=15⋅24=180The linear approximation of f(x) about x=32 isf(x)≈2+180(x−32)When x=30:f(30)≈2+180(30−32)=2−140=7940\begin{aligned} f(x)&=\sqrt[5]{x}=x^{\frac{1}{5}}\\ f'(x)&=\frac{1}{5}x^{-\frac{4}{5}}=\frac{1}{5\sqrt[5]{x}^4} \\ \text{$a$ needs to be a number whose fifth root we know. Since $\sqrt[5]{32}=2$, and 32 is reasonably close to 30, $a=32$ is a great choice.} \\ f(32)&=\sqrt[5]{32}=2\\ f'(32)&=\frac{1}{5\cdot 2^4}=\frac{1}{80} \\ \text{The linear approximation of $f(x)$ about $x=32$ is} \\ f(x) &\approx 2+\frac{1}{80}(x-32) \\ \text{When $x=30$:} \\ f(30) &\approx 2+\frac{1}{80}(30-32)=2-\frac{1}{40}=\frac{79}{40} \end{aligned}

We estimate 305≈7940\sqrt[5]{30}\approx \dfrac{79}{40}.

Remark: 7940=1.975\dfrac{79}{40} = 1.975, while 305≈1.97435\sqrt[5]{30} \approx 1.97435. This is a decent estimation.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 5번
# 선형근사와 미분소계산보통자동 분류
87.CLP-1 · 3.4절 · 7번대학 수준우리말 번역

선형 근사를 이용하여 10.1310.1^3 의 값을 어림하고, 어림한 값을 실제 값과 비교하세요.

영어 원문 보기

Use a linear approximation to estimate 10.1310.1^3, then compare your estimation with the actual value.

정답·풀이 보기

f(x)=x3f(x)=x^3 이면 f(10.1)=10.13f(10.1)=10.1^3 이고, 이것이 우리가 어림하려는 값이다. x=10x=10 에서 f(x)f(x) 의 선형 근사를 구해 보자.

f(10)=103=1000f′(x)=3x2f′(10)=3(102)=300f(a)≈f(10)+f′(10)(x−10)=1000+300(x−10)f(10.1)≈1000+300(10.1−10)=1030\begin{aligned} f(10)&=10^3=1000\\ f'(x)&=3x^2\\ f'(10)&=3(10^2)=300\\ f(a) &\approx f(10)+f'(10)(x-10)\\ &=1000+300(x-10)\\ f(10.1)& \approx 1000+300(10.1-10)=1030 \end{aligned}

따라서 10.13≈103010.1^3 \approx 1030 으로 어림한다. 10.1310.1^3 을 정확하게 계산하면(손으로도 충분히 계산할 수 있다) 1030.301 이다.

참고: 앞 절에서는 상수 근사를 이용하여 10.13≈100010.1^3 \approx 1000 으로 어림했다. 그 어림은 몇 초 만에 머릿속으로 쉽게 할 수 있었다. 선형 근사는 더 정확하지만, 10.1310.1^3 을 그냥 계산하는 것보다 그리 빠르지는 않다.

원본 교재 풀이(영어)

If f(x)=x3f(x)=x^3, then f(10.1)=10.13f(10.1)=10.1^3, which is the value we want to estimate. Let's take the linear approximation of f(x)f(x) about x=10x=10:

f(10)=103=1000f′(x)=3x2f′(10)=3(102)=300f(a)≈f(10)+f′(10)(x−10)=1000+300(x−10)f(10.1)≈1000+300(10.1−10)=1030\begin{aligned} f(10)&=10^3=1000\\ f'(x)&=3x^2\\ f'(10)&=3(10^2)=300\\ f(a) &\approx f(10)+f'(10)(x-10)\\ &=1000+300(x-10)\\ f(10.1)& \approx 1000+300(10.1-10)=1030 \end{aligned}

We estimate 10.13≈103010.1^3 \approx 1030. If we calculate 10.1310.1^3 exactly (which is certainly possible to do by hand), we get 1030.301.

Remark: in the previous subsection, we used a constant approximation to estimate 10.13≈100010.1^3 \approx 1000. That approximation was easy to do in your head, in a matter of seconds. The linear approximation is more accurate, but not much faster than simply calculating 10.1310.1^3.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 6번
# 선형근사와 미분소계산도전자동 분류
88.CLP-1 · 3.4절 · 8번대학 수준우리말 번역

f(x)f(x) 가 어떤 함수이고 f(b)f(b) 를 어림하려 한다고 가정하세요. 이를 위해 값 aa 를 택하고 aa 에서 f(x)f(x) 의 (선형 또는 상수) 근사를 사용합니다. 상수 근사가 선형 근사보다 f(b)f(b) 를 더 정확하게 어림하는 함수 f(x)f(x) 와 값 aa, bb 의 예를 하나 드세요.

영어 원문 보기

Imagine f(x)f(x) is some function, and you want to estimate f(b)f(b). To do this, you choose a value aa and take an approximation (linear or constant) of f(x)f(x) about aa. Give an example of a function f(x)f(x), and values aa and bb, where the constant approximation gives a more accurate estimation of f(b)f(b) than the linear approximation.

정답·풀이 보기

가능한 답은 여러 가지이다. 그중 하나는 다음과 같다. f(x)=sin⁡xa=0b=πf(x)=\sin x \qquad a=0 \qquad b=\pi f(π)=0f(\pi)=0 이고 f(0)=0f(0)=0 임을 안다. x=0x=0 에서 f(x)f(x) 의 상수 근사를 사용하면 f(π)≈f(0)=0f(\pi)\approx f(0)=0 으로 어림되며, 이는 정확한 값과 같다. 그러나 x=0x=0 에서 f(x)f(x) 의 선형 근사를 만들면 f(π)≈f(0)+f′(0)(π−0)=sin⁡(0)+cos⁡(0)π=πf(\pi) \approx f(0)+f'(0)(\pi-0)=\sin(0)+\cos(0)\pi=\pi 가 되고, 이는 정확한 값이 아니다.

그림

참고: 실제로는 sin⁡(π)\sin(\pi) 의 값을 정확히 알고 있으므로 이를 어림하지 않는다. 이 문제의 목적은 더 정교한 근사가 항상 더 정확한 것은 아님을 보여 주는 것이다. 이 절의 끝에서, 어림한 값이 충분히 정확한지 확인할 수 있도록 어림의 오차를 어떻게 한정하는지 다룰 것이다.

원본 교재 풀이(영어)

There are many possible answers. One is: f(x)=sin⁡xa=0b=πf(x)=\sin x \qquad a=0 \qquad b=\pi We know that f(π)=0f(\pi)=0 and f(0)=0f(0)=0. Using a constant approximation of f(x)f(x) about x=0x=0, our estimation is f(π)≈f(0)=0f(\pi)\approx f(0)=0, which is exactly the correct value. However, is we make a linear approximation of f(x)f(x) about x=0x=0, we get f(π)≈f(0)+f′(0)(π−0)=sin⁡(0)+cos⁡(0)π=πf(\pi) \approx f(0)+f'(0)(\pi-0)=\sin(0)+\cos(0)\pi=\pi which is not exactly the correct value.

figure

Remark: in reality, we wouldn't estimate sin⁡(π)\sin(\pi), because we know its value exactly. The purpose of this problem is to demonstrate that fancier approximations are not always more accurate. At the end of this section, we'll talk about how to bound the error of your estimations, to make sure that you are finding something sufficiently accurate.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 7번
# 선형근사와 미분소계산도전자동 분류
89.CLP-1 · 3.4절 · 9번대학 수준우리말 번역

함수 L(x)=14x+4π−2712L(x)=\frac{1}{4}x+\frac{4\pi-\sqrt{27}}{12} 은 f(x)=arctan⁡xf(x)=\arctan x 의 어느 점 x=ax=a 에서의 선형 근사인지 구하세요.

영어 원문 보기

The function L(x)=14x+4π−2712L(x)=\frac{1}{4}x+\frac{4\pi-\sqrt{27}}{12} is the linear approximation of f(x)=arctan⁡xf(x)=\arctan x about what point x=ax=a?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

x=ax=a 에서 f(x)f(x) 의 선형 근사 L(x)L(x) 는 L(a)=f(a)L(a)=f(a) 이고 L′(a)=f′(a)L'(a)=f'(a) 가 되도록 정해진다. 따라서

L′(a)=f′(a)=11+a214=11+a2a=±3a 는 3 또는 −3 으로 좁혀졌다. x=a 에서 f(x) 의 선형 근사는 f(a)+f′(a)(x−a) 이므로, 그 상수항은 f(a)−af′(a)=arctan⁡(a)−a1+a2 임을 떠올리자. 이를 a=3 과 a=−3 에 대해 계산한다.a=3:  arctan⁡(a)−a1+a2=arctan⁡(3)−31+(3)2=π3−34=4π−2712a=−3:  arctan⁡(a)−a1+a2=arctan⁡(−3)−−31+(−3)2=−π3+34=−4π+2712따라서 a=3 일 때,L(x)=14x+4π−2712\begin{aligned} L'(a)&= f'(a)=\dfrac{1}{1+a^2}\\ \frac{1}{4}&=\frac{1}{1+a^2}\\ a&=\pm\sqrt{3} \\ \text{$a$ 는 $\sqrt{3}$ 또는 $-\sqrt{3}$ 으로 좁혀졌다. $x=a$ 에서 $f(x)$ 의 선형 근사는 $f(a)+f'(a)(x-a)$ 이므로, 그 상수항은 $f(a)-af'(a)=\arctan(a)-\dfrac{a}{1+a^2}$ 임을 떠올리자. 이를 $a=\sqrt{3}$ 과 $a=-\sqrt{3}$ 에 대해 계산한다.} \\ a=\sqrt{3}:~&~\arctan\left(a\right)-\frac{a}{1+a^2} =\arctan\left(\sqrt{3}\right)-\frac{\sqrt{3}}{1+\left(\sqrt{3}\right)^2}=\frac{\pi}{3}-\frac{\sqrt{3}}{4}=\frac{4\pi-\sqrt{27}}{12}\\ a=-\sqrt{3}:~&~\arctan\left(a\right)-\frac{a}{1+a^2} =\arctan\left(-\sqrt{3}\right)-\frac{-\sqrt{3}}{1+\left(-\sqrt{3}\right)^2}=-\frac{\pi}{3}+\frac{\sqrt{3}}{4}=\frac{-4\pi+\sqrt{27}}{12} \\ \text{따라서 $a=\sqrt{3}$ 일 때,} \\ L(x)&=\frac{1}{4}x+\frac{4\pi-\sqrt{27}}{12} \end{aligned}

이고, 이는 a=−3a=-\sqrt{3} 일 때는 성립하지 않는다. 따라서 a=3a=\sqrt{3} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The linear approximation L(x)L(x) of f(x)f(x) about x=ax=a is chosen so that L(a)=f(a)L(a)=f(a) and L′(a)=f′(a)L'(a)=f'(a). So,

L′(a)=f′(a)=11+a214=11+a2a=±3We’ve narrowed down a to 3 or −3. Recall the linear approximation of f(x) about x=a is f(a)+f′(a)(x−a), so its constant term is f(a)−af′(a)=arctan⁡(a)−a1+a2. We compute this for a=3 and a=−3.a=3:  arctan⁡(a)−a1+a2=arctan⁡(3)−31+(3)2=π3−34=4π−2712a=−3:  arctan⁡(a)−a1+a2=arctan⁡(−3)−−31+(−3)2=−π3+34=−4π+2712So, when a=3,L(x)=14x+4π−2712\begin{aligned} L'(a)&= f'(a)=\dfrac{1}{1+a^2}\\ \frac{1}{4}&=\frac{1}{1+a^2}\\ a&=\pm\sqrt{3} \\ \text{We've narrowed down $a$ to $\sqrt{3}$ or $-\sqrt{3}$. Recall the linear approximation of $f(x)$ about $x=a$ is $f(a)+f'(a)(x-a),$ so its constant term is $f(a)-af'(a)=\arctan(a)-\dfrac{a}{1+a^2}$. We compute this for $a=\sqrt{3}$ and $a=-\sqrt{3}$.} \\ a=\sqrt{3}:~&~\arctan\left(a\right)-\frac{a}{1+a^2} =\arctan\left(\sqrt{3}\right)-\frac{\sqrt{3}}{1+\left(\sqrt{3}\right)^2}=\frac{\pi}{3}-\frac{\sqrt{3}}{4}=\frac{4\pi-\sqrt{27}}{12}\\ a=-\sqrt{3}:~&~\arctan\left(a\right)-\frac{a}{1+a^2} =\arctan\left(-\sqrt{3}\right)-\frac{-\sqrt{3}}{1+\left(-\sqrt{3}\right)^2}=-\frac{\pi}{3}+\frac{\sqrt{3}}{4}=\frac{-4\pi+\sqrt{27}}{12} \\ \text{So, when $a=\sqrt{3}$,} \\ L(x)&=\frac{1}{4}x+\frac{4\pi-\sqrt{27}}{12} \end{aligned}

and this does not hold when a=−3a=-\sqrt{3}. We conclude a=3a=\sqrt{3}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 8번
# 선형근사와 미분소계산도전자동 분류
90.CLP-1 · 3.4절 · 1번대학 수준우리말 번역

아래 그림에서 다음을 표시하세요. f(x)f(x+Δx)ΔxΔyf(x) \qquad f\left(x+\Delta x\right) \qquad \Delta x \qquad \Delta y

그림

영어 원문 보기

In the picture below, label the following: f(x)f(x+Δx)ΔxΔyf(x) \qquad f\left(x+\Delta x\right) \qquad \Delta x \qquad \Delta y

figure

정답·풀이 보기
# 선형근사와 미분소그래프·표 해석기본자동 분류
91.CLP-1 · 3.4절 · 2번대학 수준우리말 번역

이 책의 이 부분까지는 숙제 문제 하나를 푸는 데 모두 약 5분이 걸립니다. 이 절에서 배운 용어를 사용하여 다음 질문에 답하세요. 15분을 더 쓰면 숙제 문제를 몇 개 더 끝낼 수 있습니까?

영어 원문 보기

At this point in the book, every homework problem takes you about 5 minutes. Use the terms you learned in this section to answer the question: if you spend 15 minutes more, how many more homework problems will you finish?

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 를 xx 분 동안 공부했을 때 끝낸 문제의 수라 하자. 문제에서 5Δy≈Δx5\Delta y \approx \Delta x 임을 알 수 있다. 따라서 Δx=15\Delta x = 15 이면 Δy≈3\Delta y \approx 3 이다. 즉, 15분을 더 쓰면 약 3문제를 더 끝낼 것이다.

참고: 이 문제에 쓰인 수학은 일부러 쉽게 만든 것이다. Δy\Delta y 나 f(x+Δx)f\left(x+\Delta x\right) 같은 기호는 헷갈릴 수 있지만, 기본 개념은 꽤 간단하다.

원본 교재 풀이(영어)

Let f(x)f(x) be the number of problems finished after xx minutes of work. The question tells us that 5Δy≈Δx5\Delta y \approx \Delta x. So, if Δx=15\Delta x = 15, Δy≈3\Delta y \approx 3. That is, in 15 minutes more, you will finish about 3 more problems.

Remark: the math behind this problem is intended to be easy! Looking at symbols like Δy\Delta y and f(x+Δx)f\left(x+\Delta x\right) can be confusing, but the basic idea is pretty simple.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 1번
# 선형근사와 미분소활용기본자동 분류
92.CLP-1 · 3.4절 · 3번대학 수준우리말 번역

f(x)=arctan⁡xf(x)=\arctan x 라 하자.

(a) 선형 근사를 이용하여 f(5.1)−f(5)f(5.1)-f(5) 를 어림하세요. (b) 이차 근사를 이용하여 f(5.1)−f(5)f(5.1)-f(5) 를 어림하세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=arctan⁡xf(x)=\arctan x.

(a) Use a linear approximation to estimate f(5.1)−f(5)f(5.1)-f(5). (b) Use a quadratic approximation to estimate f(5.1)−f(5)f(5.1)-f(5).

답 쓰고 채점
(a)
(b)
정답·풀이 보기

먼저 x=5x=5 에서 ff 의 1계 미분계수와 2계 미분계수를 구하자.

f′(x)=11+x2f′(5)=126f′′(x)=−2x(1+x2)2f′′(5)=−10262\begin{aligned} f'(x)&=\frac{1}{1+x^2} & f'(5)&=\frac{1}{26}\\ f''(x)&=\frac{-2x}{\left(1+x^2\right)^2} & f''(5)&=\frac{-10}{26^2} \end{aligned}

Δx=110 일 때 Δy 의 선형 근사는Δy≈f′(5)Δx=126⋅110=1260≈0.003846Δx=110 일 때 Δy 의 이차 근사는Δy≈f′(5)Δx+12f′′(5)(Δx)2=126⋅110+12⋅−10262⋅1102=5113520≈0.003772\begin{aligned} \\ \text{$\Delta x = \dfrac{1}{10}$ 일 때 $\Delta y$ 의 선형 근사는} \\ \Delta y &\approx f'(5)\Delta x = \frac{1}{26}\cdot \frac{1}{10}=\frac{1}{260} \approx 0.003846 \\ \text{$\Delta x = \dfrac{1}{10}$ 일 때 $\Delta y$ 의 이차 근사는} \\ \Delta y &\approx f'(5)\Delta x + \frac{1}{2}f''(5)\left(\Delta x\right)^2 = \frac{1}{26}\cdot\frac{1}{10}+\frac{1}{2}\cdot\frac{-10}{26^2}\cdot\frac{1}{10^2}=\frac{51}{13520}\approx 0.003772 \end{aligned}

참고: Δy=arctan⁡(5.1)−arctan⁡(5)≈0.003774\Delta y = \arctan(5.1)-\arctan(5)\approx 0.003774 이다.

원본 교재 풀이(영어)

First, let's find the first and second derivatives of ff when x=5x=5.

f′(x)=11+x2f′(5)=126f′′(x)=−2x(1+x2)2f′′(5)=−10262\begin{aligned} f'(x)&=\frac{1}{1+x^2} & f'(5)&=\frac{1}{26}\\ f''(x)&=\frac{-2x}{\left(1+x^2\right)^2} & f''(5)&=\frac{-10}{26^2} \end{aligned}

The linear approximation for Δy when Δx=110 isΔy≈f′(5)Δx=126⋅110=1260≈0.003846The quadratic approximation for Δy when Δx=110 isΔy≈f′(5)Δx+12f′′(5)(Δx)2=126⋅110+12⋅−10262⋅1102=5113520≈0.003772\begin{aligned} \\ \text{The linear approximation for $\Delta y$ when $\Delta x = \dfrac{1}{10}$ is} \\ \Delta y &\approx f'(5)\Delta x = \frac{1}{26}\cdot \frac{1}{10}=\frac{1}{260} \approx 0.003846 \\ \text{The quadratic approximation for $\Delta y$ when $\Delta x = \dfrac{1}{10}$ is} \\ \Delta y &\approx f'(5)\Delta x + \frac{1}{2}f''(5)\left(\Delta x\right)^2 = \frac{1}{26}\cdot\frac{1}{10}+\frac{1}{2}\cdot\frac{-10}{26^2}\cdot\frac{1}{10^2}=\frac{51}{13520}\approx 0.003772 \end{aligned}

Remark: Δy=arctan⁡(5.1)−arctan⁡(5)≈0.003774\Delta y = \arctan(5.1)-\arctan(5)\approx 0.003774.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 2번
# 선형근사와 미분소계산보통자동 분류
93.CLP-1 · 3.4절 · 4번대학 수준우리말 번역

높이 xx 미터의 절벽에서 물로 뛰어내릴 때, 물에 닿는 순간의 속력은 다음과 같이 주어진다. s(x)=19.6x  msecs(x)=\sqrt{19.6x}~~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{sec}} 마지막 다이빙은 높이 4 미터에서 한 것이었다.

(a) Δy\Delta y 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 xx 미터에서, 두 번째는 x+Δxx+\Delta x 미터에서, 세 번째는 x+2Δxx+2\Delta x 미터에서 뛰어내리며, xx 와 Δx\Delta x 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 xx metres above the water, your speed as you hit the water is given by s(x)=19.6x  msecs(x)=\sqrt{19.6x}~~\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{sec}} Your last dive was from a height of 4 metres.

(a) Use a linear approximation of Δy\Delta y 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 xx metres, the second from x+Δxx+\Delta x metres, and the third from x+2Δxx+2\Delta x metres, for some fixed positive values of xx and Δx\Delta x. 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)

xx 가 4 근처일 때, Δy\Delta y 의 선형 근사는

Δy≈s′(4)Δx문제에서 Δx=5−4=1 이다. 미분하면,s′(t)=19.6⋅12x=4.9x, 이므로 s′(4)=4.94선형 근사에 의하여Δy≈4.94(1)≈1.1\begin{aligned} \Delta y &\approx s'(4)\Delta x \\ \text{문제에서 $\Delta x= 5-4=1$ 이다. 미분하면,} \\ s'(t)&=\sqrt{19.6}\cdot\frac{1}{2\sqrt{x}}=\sqrt{\frac{4.9}{x}},\text{ 이므로 }\\ s'(4)&=\sqrt{\frac{4.9}{4}} \\ \text{선형 근사에 의하여} \\ \Delta y& \approx \sqrt{\frac{4.9}{4}}(1)\approx1.1 \end{aligned}

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=4.9a⋅Δx\begin{aligned} \Delta y &\approx s'(a)\Delta x\\ &=\sqrt{\frac{4.9}{a}}\cdot\Delta x \end{aligned}

첫 두 점프 사이와 마지막 두 점프 사이의 높이 차이는 Δx\Delta x 로 같다. 첫 번째 점프의 처음 높이는 두 번째 점프의 처음 높이보다 낮다. 그러므로 aa 에 해당하는 값은 첫 번째 점프에서가 두 번째 점프에서보다 작다. 따라서 Δy\Delta y 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

Δy≈4.9x⋅Δx한편 다음 두 점프 사이의 종단 속력의 변화는Δy≈4.9x+Δx⋅Δx\begin{aligned} \Delta y &\approx \sqrt{\frac{4.9}{x}}\cdot\Delta x \\ \text{한편 다음 두 점프 사이의 종단 속력의 변화는} \\ \Delta y &\approx \sqrt{\frac{4.9}{x+\Delta x}}\cdot\Delta x \end{aligned}

xx 와 Δx\Delta x 가 양수일 때 4.9x⋅Δx>4.9x+Δx⋅Δx \sqrt{\dfrac{4.9}{x}}\cdot\Delta x> \sqrt{\dfrac{4.9}{x+\Delta x}}\cdot\Delta x 이므로, 종단 속력의 변화는 첫 두 점프 사이에서가 다음 두 점프 사이에서보다 크다.

원본 교재 풀이(영어)

(a)

When xx is near 4, the linear approximation of Δy\Delta y is

Δy≈s′(4)ΔxFrom the problem, Δx=5−4=1. Differentiating,s′(t)=19.6⋅12x=4.9x, so s′(4)=4.94The linear approximation gives usΔy≈4.94(1)≈1.1\begin{aligned} \Delta y &\approx s'(4)\Delta x \\ \text{From the problem, $\Delta x= 5-4=1$. Differentiating,} \\ s'(t)&=\sqrt{19.6}\cdot\frac{1}{2\sqrt{x}}=\sqrt{\frac{4.9}{x}},\text{ so }\\ s'(4)&=\sqrt{\frac{4.9}{4}} \\ \text{The linear approximation gives us} \\ \Delta y& \approx \sqrt{\frac{4.9}{4}}(1)\approx1.1 \end{aligned}

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=4.9a⋅Δx\begin{aligned} \Delta y &\approx s'(a)\Delta x\\ &=\sqrt{\frac{4.9}{a}}\cdot\Delta x \end{aligned}

The difference in height between the first two jumps and between the last two jumps is the same, Δx\Delta x. The initial height of the first jump is smaller than the initial height of the second jump. So, the value corresponding to aa is smaller for the first jump than for the second. Therefore, Δy\Delta y 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

Δy≈4.9x⋅Δxwhile the change in terminal speed between the next two jumps isΔy≈4.9x+Δx⋅Δx\begin{aligned} \Delta y &\approx \sqrt{\frac{4.9}{x}}\cdot\Delta x \\ \text{while the change in terminal speed between the next two jumps is} \\ \Delta y &\approx \sqrt{\frac{4.9}{x+\Delta x}}\cdot\Delta x \end{aligned}

Since 4.9x⋅Δx>4.9x+Δx⋅Δx \sqrt{\dfrac{4.9}{x}}\cdot\Delta x> \sqrt{\dfrac{4.9}{x+\Delta x}}\cdot\Delta x (when xx and Δx\Delta x are positive), the change in terminal speed is greater between the first two jumps than between the next two jumps.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.2절 · 8번
# 선형근사와 미분소활용보통자동 분류
94.Active Calculus · 1.8절 · 7번대학 수준우리말 번역

어떤 함수 y=p(x)y=p(x) 의 a=3a = 3 에서의 국소 선형화가 L(x)=−2x+5L(x) = -2x + 5 로 주어져 있다.

(a) p(3)p(3) 과 p′(3)p'(3) 의 값은 각각 얼마입니까? 그 이유는 무엇입니까? (b) p(2.79)p(2.79) 의 값을 어림하세요. (c) p′′(3)=0p''(3) = 0 이고 x<3x < 3 에서 p′′(x)<0p''(x) < 0 이라고 가정합니다. (b)에서 구한 어림값은 너무 큽니까, 너무 작습니까? (d) x>3x > 3 에서 p′′(x)>0p''(x) > 0 이라고 가정합니다. 이 사실과 위의 추가 정보를 이용하여 x=3x = 3 근처에서 y=p(x)y = p(x) 의 정확한 그래프를 그리세요. 그래프에 y=L(x)y = L(x) 의 그래프도 함께 그리세요.

영어 원문 보기

A certain function y=p(x)y=p(x) has its local linearization at a=3a = 3 given by L(x)=−2x+5L(x) = -2x + 5.

(a) What are the values of p(3)p(3) and p′(3)p'(3)? Why? (b) Estimate the value of p(2.79)p(2.79). (c) Suppose that p′′(3)=0p''(3) = 0 and you know that p′′(x)<0p''(x) < 0 for x<3x < 3. Is your estimate in (b) too large or too small? (d) Suppose that p′′(x)>0p''(x) > 0 for x>3x > 3. Use this fact and the additional information above to sketch an accurate graph of y=p(x)y = p(x) near x=3x = 3. Include a sketch of y=L(x)y = L(x) in your work.

정답·풀이 보기

(a) 접점에서 접선의 값과 기울기는 함수의 값과 기울기와 같으므로 p(3)=L(3)=−1p(3) = L(3) = -1 이고 p′(3)=L′(3)=−2p'(3) = L'(3) = -2 이다. (b) 국소 선형화를 이용하면 p(2.79)≈L(2.79)=−2(2.79)+5=−0.58p(2.79) \approx L(2.79) = -2(2.79) + 5 = -0.58 이다. (c) x<3x < 3 에서 p′′(x)<0p''(x) < 0 이므로 x<3x < 3 에서 pp 는 위로 볼록이다. 따라서 접점 x=3x = 3 의 왼쪽에서는 접선이 곡선보다 위에 놓이므로 (b)의 어림값은 너무 크다. (d) 다음 그림은 점 (3,−1)(3,-1) 에서 접선의 값과 기울기가 일치하고, x=3x=3 의 왼쪽에서는 위로 볼록, 오른쪽에서는 아래로 볼록인 함수 pp 의 한 가지 예이다. 이 함수는 x 가 3보다 작을 때 위로 볼록이고 x 가 3보다 클 때 아래로 볼록인 삼차 다항식처럼 보인다. 그래프는 점 (3,-1)을 지나고, 대응하는 접선도 그 점을 지나며, 함께…

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since the value and slope of the tangent line match the value and slope of the function at the point of tangency, we know p(3)=L(3)=−1p(3) = L(3) = -1 and p′(3)=L′(3)=−2p'(3) = L'(3) = -2. (b) Using the local linearization, p(2.79)≈L(2.79)=−2(2.79)+5=−0.58p(2.79) \approx L(2.79) = -2(2.79) + 5 = -0.58. (c) Since p′′(x)<0p''(x) < 0 for x<3x < 3, we know that pp is concave down for x<3x < 3. This means to the left of the point of tangency at x=3x = 3, the tangent line lies above the curve, and thus the estimate in (b) is too large. (d) In the following figure, we see a possible function pp that matches the value and slope of the tangent line at the point (3,−1)(3,-1) and that is concave down to the left of x=3x=3 and concave up to the right. This function appears to be a cubic polynomial that is concave down for x lt 3 and concave up for x gt 3; its graph passes through the point (3,-1) and the corresponding tangent line does as well, wit

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 1.8절 · 10번
# 선형근사와 미분소그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
95.Active Calculus · 1.8절 · 8번대학 수준우리말 번역

감자를 오븐에 넣고, 여러 시점에서 감자의 온도 FF (화씨 도)를 측정하여 다음 표에 기록하였다. 시간 tt 는 분 단위로 측정한다.

감자의 온도 자료.

tt 00 1010 2020 3030 4040 5050 6060
F(t)F(t) 6565 94.794.7 141.7141.7 167.6167.6 182.4182.4 197.9197.9 209.3209.3

(a) 중심차분을 이용하여 F′(30)F'(30) 을 어림하세요. 이후의 문제에서는 필요한 경우 이 어림값을 사용하세요. (b) a=30a = 30 인 점에서 함수 y=F(t)y = F(t) 의 국소선형근사 y=L(t)y = L(t) 를 구하세요. (c) 국소선형근사를 이용하여 F(33)F(33) 의 어림값을 구하세요. (d) (c)에서 구한 어림값이 실제보다 너무 크다고 생각하나요, 아니면 너무 작다고 생각하나요? 그 이유는 무엇인가요?

영어 원문 보기

A potato is placed in an oven, and the potato's temperature FF (in degrees Fahrenheit) at various points in time is taken and recorded in the following table. Time tt is measured in minutes.

Temperature data for the potato.

tt 00 1010 2020 3030 4040 5050 6060
F(t)F(t) 6565 94.794.7 141.7141.7 167.6167.6 182.4182.4 197.9197.9 209.3209.3

(a) Use a central difference to estimate F′(30)F'(30). Use this estimate as needed in subsequent questions. (b) Find the local linearization y=L(t)y = L(t) to the function y=F(t)y = F(t) at the point where a=30a = 30. (c) Determine an estimate for F(33)F(33) by employing the local linearization. (d) Do you think your estimate in (c) is too large or too small? Why?

정답·풀이 보기

(a) h=10h=10 으로 중심차분 근사를 하면 F′(30)≈F(40)−F(20)20=182.4−141.120=2.065F'(30) \approx \frac{F(40)-F(20)}{20} = \frac{182.4-141.1}{20} = 2.065 이므로 분당 화씨 2.065도이다. (b) a=30a=30 에서의 국소선형근사는 L(t)=F′(30)(t−30)+F(30)=L(t)≈2.065(t−30)+167.6L(t) = F'(30)(t-30)+F(30) = L(t) \approx 2.065(t-30) + 167.6 이다. (c) (b)에서 구한 선형근사를 이용하면 F(33)≈L(33)≈2.065(3)+167.6=173.795F(33) \approx L(33) \approx 2.065(3) + 167.6 = 173.795 화씨 도이다. (d) 표에 주어진 F(t)F(t) 의 값은 t=30t = 30 근처에서 증가하되 증가하는 비율이 점점 줄어드는 것으로 보이므로, FF 의 그래프는 t=30t = 30 근처에서 위로 볼록하다. 따라서 L(t)L(t) 의 그래프(FF 의 t=30)t = 30) 에서의 접선)는 FF 의 그래프보다 위쪽에 놓인다. 그러므로 (c)에서 구한 어림값은 아마도 실제보다 크게 어림한 것이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) The central difference approximation with h=10h=10 gives F′(30)≈F(40)−F(20)20=182.4−141.120=2.065F'(30) \approx \frac{F(40)-F(20)}{20} = \frac{182.4-141.1}{20} = 2.065 degrees per minute. (b) The local linearization at a=30a=30 is L(t)=F′(30)(t−30)+F(30)=L(t)≈2.065(t−30)+167.6L(t) = F'(30)(t-30)+F(30) = L(t) \approx 2.065(t-30) + 167.6. (c) Using the linearization from (b), F(33)≈L(33)≈2.065(3)+167.6=173.795F(33) \approx L(33) \approx 2.065(3) + 167.6 = 173.795 degrees F. (d) Since the values of F(t)F(t) given in the table appear to be increasing at a decreasing rate near t=30t = 30, it follows that the graph of FF is concave down near t=30t = 30. This implies that the graph of L(t)L(t) (the tangent line to FF at t=30)t = 30) lies above the graph of FF. Therefore, the approximation given in part (c) is probably an overestimate.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 1.8절 · 9번
# 선형근사와 미분소그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
96.Active Calculus · 1.8절 · 9번대학 수준우리말 번역

직선 경로를 따라 움직이는 물체의 위치 함수 y=s(t)y = s(t) 는 미분가능하고, s(t)s(t) 는 시각 tt 에서 원점에 대한 물체의 위치를 나타낸다. 시각 t=9t = 9 초일 때 물체의 위치는 s(9)=4s(9) = 4 피트(즉, 원점의 오른쪽 4피트)라고 알려져 있다. 또한 t=9t = 9 에서 물체의 순간 속도는 초당 −1.2-1.2 피트이고, 같은 순간의 가속도는 초당 0.080.08 피트씩 변하는 속도, 즉 0.080.08 피트/초²이다.

(a) 국소선형성을 이용하여 t=9.34t = 9.34 에서 물체의 위치를 어림하세요. (b) 어림한 값이 실제보다 클 가능성이 높은가요, 작을 가능성이 높은가요? 그 이유는 무엇인가요? (c) t=9t = 9 에서 움직이는 물체의 운동 양상을 일상 언어로 설명하세요. 물체는 원점을 향해 움직이고 있나요, 원점에서 멀어지고 있나요? 속도는 증가하고 있나요, 감소하고 있나요?

영어 원문 보기

An object moving along a straight line path has a differentiable position function y=s(t)y = s(t); s(t)s(t) measures the object's position relative to the origin at time tt. It is known that at time t=9t = 9 seconds, the object's position is s(9)=4s(9) = 4 feet (i.e., 4 feet to the right of the origin). Furthermore, the object's instantaneous velocity at t=9t = 9 is −1.2-1.2 feet per second, and its acceleration at the same instant is 0.080.08 feet per second per second.

(a) Use local linearity to estimate the position of the object at t=9.34t = 9.34. (b) Is your estimate likely too large or too small? Why? (c) In everyday language, describe the behavior of the moving object at t=9t = 9. Is it moving toward the origin or away from it? Is its velocity increasing or decreasing?

정답·풀이 보기

(a) t=at=a 에서 ss 의 선형근사 LL 은 L(t)=s(a)+s′(a)(t−a)L(t) = s(a) + s'(a)(t-a) 이다. 주어진 정보인 s(9)=4s(9) = 4 와 s′(9)=−1.2s'(9) = -1.2 를 이용하면 t=9t=9 에서 ss 의 선형근사를 구할 수 있다. 따라서 t=9t=9 에서 ss 의 선형근사는 L(t)=4−1.2(t−9)L(t) = 4 - 1.2(t-9) 이다. 선형근사의 한 가지 쓰임은, tt 가 99 에 가까울 때 L(t)L(t) 가 s(t)s(t) 의 좋은 근삿값이 된다는 것이다. 그러므로 s(9.34)≈L(9.34)=4−1.2(0.34)=3.592 .s(9.34) \approx L(9.34) = 4-1.2(0.34) = 3.592\,. (b) s′′(4)=0.08s''(4) = 0.08 이 양수이므로 ss 의 그래프는 t=4t=4 에서 아래로 볼록임을 알 수 있다. 이는 t=4t=4 에서 ss 의 선형근사가 ss 의 그래프보다 아래쪽에 놓인다는 뜻이고, 따라서 L(9.34)L(9.34) 는 s(9.34)s(9.34) 보다 작게 어림한 값이다. (c) s′(4)s'(4) 가 음수이므로 물체는 원래 위치를 향해 되돌아가고 있다. s′′(4)s''(4) 가 양수라는 것은 t=4t=4 에서 물체의 속도가 증가하고 있다는 뜻이다. 이는 물체가 t=4t=4 에서 출발 위치를 향해 움직이면서 실제로는 느려지고 있음을 뜻한다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) The linearization LL of ss at t=at=a is L(t)=s(a)+s′(a)(t−a)L(t) = s(a) + s'(a)(t-a). With the information we have we can find the linearization of ss at t=9t=9, using the facts that s(9)=4s(9) = 4 and s′(9)=−1.2s'(9) = -1.2. Thus, the linearization of ss at t=9t=9 is L(t)=4−1.2(t−9)L(t) = 4 - 1.2(t-9). One use of the linearization is that for tt close to 99, L(t)L(t) can provide a good approximation to s(t)s(t). So s(9.34)≈L(9.34)=4−1.2(0.34)=3.592 .s(9.34) \approx L(9.34) = 4-1.2(0.34) = 3.592\,. (b) Since s′′(4)=0.08s''(4) = 0.08 is positive, we know that the graph of ss is concave up at t=4t=4. This means that the linearization of ss at t=4t=4 lies below the graph of ss and so L(9.34)L(9.34) is an underestimate to s(9.34)s(9.34). (c) Given that s′(4)s'(4) is negative, the object is moving back toward its original position. The fact that s′′(4)s''(4) is positive means that the velocity of the object is increasing at t=4t=4. This means that the object is actually slowing down as it moves toward toward its starting position at t=4t=4.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 1.8절 · 7번
# 선형근사와 미분소활용자동 분류
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97.Active Calculus · 1.8절 · 10번대학 수준우리말 번역

어떤 함수 ff 의 도함수가 f′(x)=(x−1)e−x2f'(x) = (x-1)e^{-x^2} 임이 알려져 있습니다. y=f(x)y = f(x) 의 식은 알지 못한다는 점에 유의하세요.

(a) f′(x)=0f'(x) = 0 이 되는 xx의 값을 모두 구하세요. 대수적으로 답을 정당화하되, 결론을 뒷받침하도록 f′f' 의 그래프를 포함하세요. (b) 그래프를 이용하여 추론하여, f′′(x)>0f''(x) > 0 인 xx의 값의 구간을 구하세요. 이것이 원래 함수 ff 의 거동에 대해 무엇을 말해 주는지 설명하세요. (c) f(2)=−3f(2) = -3 이라고 가정하고, x=2x=2 에서 ff 의 접선을 구하여 이를 이용한 근삿값으로 f(1.88)f(1.88) 의 값을 어림하세요. 어림한 값이 f(1.88)f(1.88) 의 참값보다 큰지 작은지 판단하고, 그 이유를 설명하세요.

영어 원문 보기

For a certain function ff, its derivative is known to be f′(x)=(x−1)e−x2f'(x) = (x-1)e^{-x^2}. Note that you do not know a formula for y=f(x)y = f(x).

(a) At what xx-value(s) is f′(x)=0f'(x) = 0? Justify your answer algebraically, but include a graph of f′f' to support your conclusion. (b) Reasoning graphically, for what intervals of xx-values is f′′(x)>0f''(x) > 0? What does this tell you about the behavior of the original function ff? Explain. (c) Assuming that f(2)=−3f(2) = -3, estimate the value of f(1.88)f(1.88) by finding and using the tangent line approximation to ff at x=2x=2. Is your estimate larger or smaller than the true value of f(1.88)f(1.88)? Justify your answer.

정답·풀이 보기

(a) ee 의 거듭제곱은 항상 양수이므로(따라서 00 이 될 수 없으므로), f′(x)=(x−1)e−x2=0f'(x) = (x-1)e^{-x^2} = 0 이 되게 하는 값은 x=1x=1 뿐이다. 이는 f′f' 의 그래프를 그려 보면 xx축과 x=1x=1 에서만 만남을 볼 수 있다는 점에서도 확인된다(xx 가 한없이 커지거나 작아질 때 그래프가 xx축에 가까워지는 것은 볼 수 있다). (b) f′f' 이 증가하는 곳에서는 f′′(x)>0f''(x) > 0 임을 안다. f′f' 의 그래프에서 f′f' 은 대략 구간 −0.37<x<1.37-0.37 < x < 1.37 에서 증가함을 알 수 있고, 따라서 ff 는 이 구간에서 아래로 볼록이다. (c) a=2a = 2 에서의 접선을 이용한 근삿값은 L(x)=f(2)+f′(2)(x−2)≈−3+0.01832(x−2)L(x) = f(2) + f'(2)(x-2) \approx -3 + 0.01832(x-2) 이다. 따라서 f(1.88)≈L(1.88)≈−3+0.01832(1.88−2)=−3.00022f(1.88) \approx L(1.88) \approx -3 + 0.01832(1.88-2) = -3.00022 이다. x=2x = 2 및 그 근처에서 f′′(x)<0f''(x) < 0 이므로 ff 는 그곳에서 위로 볼록이고, 따라서 접선은 곡선 위쪽에 놓인다. 그러므로 우리가 어림한 값은 f(1.88)f(1.88) 의 참값보다 크다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since ee raised to any power is always positive (and thus never 00), it follows that the only value that makes f′(x)=(x−1)e−x2=0f'(x) = (x-1)e^{-x^2} = 0 is x=1x=1. This is confirmed by plotting f′f' where we only see the graph cross the xx-axis at x=1x=1 (though we do see the graph approach the xx-axis) as xx increases or decreases without bound). (b) We know that f′′(x)>0f''(x) > 0 wherever f′f' is increasing. From the graph of f′f', we see that f′f' is increasing approximately on the interval −0.37<x<1.37-0.37 < x < 1.37, and thus ff is concave up on this interval. (c) The tangent line approximation at a=2a = 2 is L(x)=f(2)+f′(2)(x−2)≈−3+0.01832(x−2)L(x) = f(2) + f'(2)(x-2) \approx -3 + 0.01832(x-2). Thus, f(1.88)≈L(1.88)≈−3+0.01832(1.88−2)=−3.00022f(1.88) \approx L(1.88) \approx -3 + 0.01832(1.88-2) = -3.00022. Since f′′(x)<0f''(x) < 0 at and around x=2x = 2, ff is concave down there, and therefore the tangent line lies above the curve. This makes our estimate larger than the true value of f(1.88)f(1.88).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 4.4절 · 1번
# 선형근사와 미분소증명·논술자동 분류
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