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41문제 · 3 / 3쪽

41.Active Calculus · 3.5절 · 10번우리말 번역

s(t)=3sin⁡(2(t−π6))+5s(t) = 3\sin(2(t-\frac{\pi}{6})) + 5 라 하자. 양 끝점의 함숫값을 확인하고 ss 의 관련된 모든 임계수를 찾아 그 값을 계산하여, 주어진 구간에서 ss 의 최댓값과 최솟값을 정확하게 구하세요.

(a) [π6,7π6][\frac{\pi}{6}, \frac{7\pi}{6}] (b) [0,π2][0, \frac{\pi}{2}] (c) [0,2π][0, 2\pi] (d) [π3,5π6][\frac{\pi}{3}, \frac{5\pi}{6}]

영어 원문 보기

Let s(t)=3sin⁡(2(t−π6))+5s(t) = 3\sin(2(t-\frac{\pi}{6})) + 5. Find the exact absolute maximum and minimum of ss on the provided intervals by testing the endpoints and finding and evaluating all relevant critical numbers of ss.

(a) [π6,7π6][\frac{\pi}{6}, \frac{7\pi}{6}] (b) [0,π2][0, \frac{\pi}{2}] (c) [0,2π][0, 2\pi] (d) [π3,5π6][\frac{\pi}{3}, \frac{5\pi}{6}]

정답·풀이 보기

(a) s(t)=3sin⁡(2(t−π6))+5s(t) = 3\sin(2(t-\frac{\pi}{6})) + 5 에서 s′(t)=3cos⁡(2(t−π6))⋅2=6cos⁡(2(t−π6))s'(t) = 3\cos(2(t-\frac{\pi}{6})) \cdot 2 = 6\cos(2(t-\frac{\pi}{6})) 이다. 따라서 s′(t)=0s'(t) = 0 일 필요충분조건은 cos⁡(2(t−π6))=0\cos(2(t-\frac{\pi}{6})) = 0 이고, 그러므로 어떤 정수 kk 에 대해 2(t−π6)=π2±kπ2(t-\frac{\pi}{6}) = \frac{\pi}{2} \pm k\pi 이다. 이 방정식을 tt 에 대해 풀면 t−π6=π4±kπ2t-\frac{\pi}{6} = \frac{\pi}{4} \pm \frac{k\pi}{2} 이므로 t=π6+π4±kπ2=5π12±kπ2 .t = \frac{\pi}{6} + \frac{\pi}{4} \pm \frac{k\pi}{2} = \frac{5\pi}{12} \pm \frac{k\pi}{2}\,. 이제 주어진 구간 [π6,7π6][\frac{\pi}{6}, \frac{7\pi}{6}] 을 생각하자. 이 구간은 [2π12,14π12][\frac{2\pi}{12}, \frac{14\pi}{12}] 로 볼 수 있다. t=5π12t = \frac{5\pi}{12} 는 이 구간에 속하고, t=5π12+π2=11π12t = \frac{5\pi}{12} + \frac{\pi}{2} = \frac{11\pi}{12} 도 속한다. 따라서 구간 안에 ss 의 값을 계산해야 할 임계수가 두 개 있고, 양 끝점에서도 값을 계산한다. 계산하면 다음과 같다.

  • s(5π12)=8s(\frac{5\pi}{12}) = 8;
  • s(11π12)=2s(\frac{11\pi}{12}) = 2;
  • s(π6)=5s(\frac{\pi}{6}) = 5; 그리고
  • s(7π6)=5s(\frac{7\pi}{6}) = 5. 따라서 [π6,7π6][\frac{\pi}{6}, \frac{7\pi}{6}] 에서 ss 의 최댓값은 s(5π12)=8s(\frac{5\pi}{12}) = 8 이고, 최솟값은 s(11π12)=2s(\frac{11\pi}{12}) = 2 이다. (b) (a)의 풀이에서 ss 의 임계수는 t=5π12±kπ2t = \frac{5\pi}{12} \pm \frac{k\pi}{2} 임을 알 수 있다. 구간 [0,π2][0, \frac{\pi}{2}] 에서는 t=5π12t = \frac{5\pi}{12} 만 구간에 속한다. 따라서 ss 의 값을 계산할 점은 세 개이다. 계산하면:
  • s(5π12)=8s(\frac{5\pi}{12}) = 8;
  • s(0)=3sin⁡(2(0−π6))+5=3sin⁡(−π3)+5=5−332≈2.402s(0) = 3\sin(2(0-\frac{\pi}{6})) + 5 = 3\sin(-\frac{\pi}{3}) + 5 = 5 - \frac{3\sqrt{3}}{2} \approx 2.402; 그리고
  • s(π2)=3sin⁡(2(π2−π6))+5=3sin⁡(2π3)+5=5+332≈7.598s(\frac{\pi}{2}) = 3\sin(2(\frac{\pi}{2}-\frac{\pi}{6})) + 5 = 3\sin(\frac{2\pi}{3}) + 5 = 5 + \frac{3\sqrt{3}}{2} \approx 7.598. 따라서 [0,π2][0, \frac{\pi}{2}] 에서 ss 의 최댓값은 s(5π12)=8s(\frac{5\pi}{12}) = 8 이고, 최솟값은 s(0)=5−332≈2.402s(0) = 5 - \frac{3\sqrt{3}}{2} \approx 2.402 이다. (c) t=0t = 0 부터 t=2πt = 2\pi 까지의 구간에서 ss 는 거의 두 주기를 완전히 지나므로 최댓값과 최솟값을 모두 갖는다. 최댓값은 (a)에서 구한 대로 88 이고, 최솟값은 22 이다. 예를 들어 s(5π12)=8s(\frac{5\pi}{12}) = 8 이고, 최솟값은 s(11π12)=2s(\frac{11\pi}{12}) = 2 이다. 주어진 구간에서 함수가 이 값들을 갖는 다른 점들도 있다. (d) 구간 [π3,5π6]=[4π12,10π12][\frac{\pi}{3}, \frac{5\pi}{6}] = [\frac{4\pi}{12}, \frac{10\pi}{12}] 에서는 임계수 t=5π12t = \frac{5\pi}{12} 만 구간에 속한다. 따라서 ss 의 값을 계산할 점은 세 개이다. 계산하면:
  • s(5π12)=8s(\frac{5\pi}{12}) = 8;
  • s(π3)=3sin⁡(2(π3−π6))+5=3sin⁡(π3)+5=332+5≈7.598s(\frac{\pi}{3}) = 3\sin(2(\frac{\pi}{3}-\frac{\pi}{6})) + 5 = 3\sin(\frac{\pi}{3}) + 5 = \frac{3\sqrt{3}}{2} + 5 \approx 7.598; 그리고
  • s(5π6)=3sin⁡(2(5π6−π6))+5=3sin⁡(4π3)+5=5−332≈2.402s(\frac{5\pi}{6}) = 3\sin(2(\frac{5\pi}{6}-\frac{\pi}{6})) + 5 = 3\sin(\frac{4\pi}{3}) + 5 = 5 - \frac{3\sqrt{3}}{2} \approx 2.402. 따라서 [π3,5π6][\frac{\pi}{3}, \frac{5\pi}{6}] 에서 ss 의 최댓값은 s(5π12)=8s(\frac{5\pi}{12}) = 8 이고, 최솟값은 s(5π6)≈2.402s(\frac{5\pi}{6}) \approx 2.402 이다.
원본 교재 풀이(영어)

(a) For s(t)=3sin⁡(2(t−π6))+5s(t) = 3\sin(2(t-\frac{\pi}{6})) + 5, s′(t)=3cos⁡(2(t−π6))⋅2=6cos⁡(2(t−π6))s'(t) = 3\cos(2(t-\frac{\pi}{6})) \cdot 2 = 6\cos(2(t-\frac{\pi}{6})). It follows that s′(t)=0s'(t) = 0 if and only if cos⁡(2(t−π6))=0\cos(2(t-\frac{\pi}{6})) = 0, and thus 2(t−π6)=π2±kπ2(t-\frac{\pi}{6}) = \frac{\pi}{2} \pm k\pi for some integer value of kk. Solving this most recent equation for tt, we have t−π6=π4±kπ2t-\frac{\pi}{6} = \frac{\pi}{4} \pm \frac{k\pi}{2}, so t=π6+π4±kπ2=5π12±kπ2 .t = \frac{\pi}{6} + \frac{\pi}{4} \pm \frac{k\pi}{2} = \frac{5\pi}{12} \pm \frac{k\pi}{2}\,. Now we consider the given interval [π6,7π6][\frac{\pi}{6}, \frac{7\pi}{6}], which we can think of as [2π12,14π12][\frac{2\pi}{12}, \frac{14\pi}{12}]. The value t=5π12t = \frac{5\pi}{12} lies in this interval, as does t=5π12+π2=11π12t = \frac{5\pi}{12} + \frac{\pi}{2} = \frac{11\pi}{12}. Thus, we have two critical numbers in the interval at which to evaluate ss, as well as at the endpoints. Doing so, we find:

  • s(5π12)=8s(\frac{5\pi}{12}) = 8;
  • s(11π12)=2s(\frac{11\pi}{12}) = 2;
  • s(π6)=5s(\frac{\pi}{6}) = 5; and
  • s(7π6)=5s(\frac{7\pi}{6}) = 5. The absolute max of ss on [π6,7π6][\frac{\pi}{6}, \frac{7\pi}{6}] is thus s(5π12)=8s(\frac{5\pi}{12}) = 8, while the absolute min is s(11π12)=2s(\frac{11\pi}{12}) = 2. (b) From our work in (a), we know that ss has critical numbers at t=5π12±kπ2t = \frac{5\pi}{12} \pm \frac{k\pi}{2}. On the interval [0,π2][0, \frac{\pi}{2}], only t=5π12t = \frac{5\pi}{12} lies in the interval. Thus we have three values at which to evaluate ss. Doing so:
  • s(5π12)=8s(\frac{5\pi}{12}) = 8;
  • s(0)=3sin⁡(2(0−π6))+5=3sin⁡(−π3)+5=5−332≈2.402s(0) = 3\sin(2(0-\frac{\pi}{6})) + 5 = 3\sin(-\frac{\pi}{3}) + 5 = 5 - \frac{3\sqrt{3}}{2} \approx 2.402; and
  • s(π2)=3sin⁡(2(π2−π6))+5=3sin⁡(2π3)+5=5+332≈7.598s(\frac{\pi}{2}) = 3\sin(2(\frac{\pi}{2}-\frac{\pi}{6})) + 5 = 3\sin(\frac{2\pi}{3}) + 5 = 5 + \frac{3\sqrt{3}}{2} \approx 7.598. The absolute max of ss on [0,π2][0, \frac{\pi}{2}] is thus s(5π12)=8s(\frac{5\pi}{12}) = 8, while the absolute min is s(0)=5−332≈2.402s(0) = 5 - \frac{3\sqrt{3}}{2} \approx 2.402. (c) On the interval from t=0t = 0 to t=2πt = 2\pi, ss completes nearly two full periods, and thus achieves each of its maximum and minimum values. The absolute maximum is 88 as determined in (a), and the absolute minimum is 22. These occur, for example, at s(5π12)=8s(\frac{5\pi}{12}) = 8, while the absolute min is s(11π12)=2s(\frac{11\pi}{12}) = 2. There are other points at which the function achieves these values on the given interval. (d) On the interval [π3,5π6]=[4π12,10π12][\frac{\pi}{3}, \frac{5\pi}{6}] = [\frac{4\pi}{12}, \frac{10\pi}{12}], only the critical number t=5π12t = \frac{5\pi}{12} lies in the interval. Thus we have three values at which to evaluate ss. Doing so:
  • s(5π12)=8s(\frac{5\pi}{12}) = 8;
  • s(π3)=3sin⁡(2(π3−π6))+5=3sin⁡(π3)+5=332+5≈7.598s(\frac{\pi}{3}) = 3\sin(2(\frac{\pi}{3}-\frac{\pi}{6})) + 5 = 3\sin(\frac{\pi}{3}) + 5 = \frac{3\sqrt{3}}{2} + 5 \approx 7.598; and
  • s(5π6)=3sin⁡(2(5π6−π6))+5=3sin⁡(4π3)+5=5−332≈2.402s(\frac{5\pi}{6}) = 3\sin(2(\frac{5\pi}{6}-\frac{\pi}{6})) + 5 = 3\sin(\frac{4\pi}{3}) + 5 = 5 - \frac{3\sqrt{3}}{2} \approx 2.402. The absolute max of ss on [π3,5π6][\frac{\pi}{3}, \frac{5\pi}{6}] is thus s(5π12)=8s(\frac{5\pi}{12}) = 8, while the absolute min is s(5π6)≈2.402s(\frac{5\pi}{6}) \approx 2.402.
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