물의 깊이가 1 ft일 때, 물의 깊이가 변하는 비율을 구하세요.
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Find the rate at which the depth of the water is changing when the water has a depth of 1 ft.
문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 미분법
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62문제 · 3 / 4쪽
물의 깊이가 1 ft일 때, 물의 깊이가 변하는 비율을 구하세요.
Find the rate at which the depth of the water is changing when the water has a depth of 1 ft.
물의 깊이가 2 ft일 때 높이가 1 in./min의 변화율로 증가하고 있다면, 물을 퍼 넣는 비율을 구하세요.
If the height is increasing at a rate of 1 in./min when the depth of the water is 2 ft, find the rate at which water is being pumped in.
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.1절 · 35번트럭에서 자갈을 내리면 자갈이 10 ft3/min의 비율로 원뿔 모양의 더미로 쌓입니다. 원뿔 밑면의 반지름은 원뿔의 높이의 3배입니다. 더미의 높이가 5 ft일 때, 자갈 더미의 높이의 변화율을 구하세요.
Gravel is being unloaded from a truck and falls into a pile shaped like a cone at a rate of 10 ft3/min. The radius of the cone base is three times the height of the cone. Find the rate at which the height of the gravel changes when the pile has a height of 5 ft.
앞의 문제와 비슷한 상황에서, 더미의 높이가 5 ft이고 높이가 4 in./min의 속도로 증가하고 있을 때, 자갈을 내리는 속도를 구하세요.
Using a similar setup from the preceding problem, find the rate at which the gravel is being unloaded if the pile is 5 ft high and the height is increasing at a rate of 4 in./min.
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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 4.2절 · 11번당신은 땅 위에 있는 병로켓에서 40 ft 떨어진 곳에 서서, 물로켓이 20 ft/sec 의 속도로 수직으로 공중에 날아오르는 것을 보고 있습니다. 로켓이 공중 30 ft 높이에 있을 때 올려본각이 변하는 비율을 구하세요.
You stand 40 ft from a bottle rocket on the ground and watch as it takes off vertically into the air at a rate of 20 ft/sec. Find the rate at which the angle of elevation changes when the rocket is 30 ft in the air.
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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.2절 · 22번[계산기 사용] 타자가 공을 2루 쪽으로 80 ft/sec 로 치고 1루 쪽으로 30 ft/sec 의 속력으로 달립니다. 주자가 1루까지 거리의 3분의 1을 달렸을 때 공과 타자 사이의 거리는 어떤 비율로 변하는지 구하세요. (힌트: 코사인법칙을 떠올려 보세요.)
[T] A batter hits a ball toward second base at 80 ft/sec and runs toward first base at a rate of 30 ft/sec. At what rate does the distance between the ball and the batter change when the runner has covered one-third of the distance to first base? (Hint: Recall the law of cosines.)
거리는 ft/sec 의 비율로 증가하고 있다.
The distance is increasing at a rate of ft/sec.
[계산기 사용] 타자가 공을 치고 1루 쪽으로 22 ft/sec 의 속력으로 달립니다. 주자가 30 ft 를 달렸을 때 주자와 2루 사이의 거리는 어떤 비율로 변하는지 구하세요.
[T] A batter hits the ball and runs toward first base at a speed of 22 ft/sec. At what rate does the distance between the runner and second base change when the runner has run 30 ft?
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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.1절 · 29번[계산기 사용] 1루와 2루에서 주자들이 출발합니다. 야구공이 타격되면 1루 주자는 2루 쪽으로 18 ft/sec 의 속력으로 달리고 2루 주자는 3루 쪽으로 20 ft/sec 의 속력으로 달립니다. 공이 타격된 지 1초 후에 주자들 사이의 거리는 얼마나 빠르게 변하는지 구하세요.
[T] Runners start at first and second base. When the baseball is hit, the runner at first base runs at a speed of 18 ft/sec toward second base and the runner at second base runs at a speed of 20 ft/sec toward third base. How fast is the distance between runners changing 1 sec after the ball is hit?
거리는 ft/sec 의 비율로 감소하고 있다.
The distance is decreasing at a rate of ft/sec.
물이 평평한 면 위로 매초 5cm의 비율로 흘러 깊이 10mm인 원형 물웅덩이를 만든다. 반지름이 다음과 같을 때, 반지름은 얼마나 빠르게 커지고 있나요?
(a) 1 cm (b) 10 cm (c) 100 cm
Water flows onto a flat surface at a rate of 5cm/s forming a circular puddle 10mm deep. How fast is the radius growing when the radius is:
(a) 1 cm? (b) 10 cm? (c) 100 cm?
깊이가 20ft이고 윗면의 지름이 10ft인 거꾸로 세운 원뿔 모양의 탱크에 10ft/min의 속도로 물을 채우고 있다. 물의 깊이가 다음과 같을 때, 탱크 안의 물은 어느 정도의 속도로 차오르고 있나요?
(a) 1피트 (b) 10피트 (c) 19피트
빈 상태에서 시작하면 탱크를 가득 채우는 데 시간이 얼마나 걸리나요?
An inverted cylindrical cone, 20ft deep and 10ft across at the top, is being filled with water at a rate of 10ft/min. At what rate is the water rising in the tank when the depth of the water is:
(a) 1 foot? (b) 10 feet? (c) 19 feet?
How long will the tank take to fill when starting at empty?
(a) ft/min (b) ft/min (c) ft/min
탱크의 용량이 약 523.6ft이므로 약 52.36분이 걸린다.
(a) ft/min (b) ft/min (c) ft/min
As the tank holds about 523.6ft, it will take about 52.36 minutes.
열기구가 지면에서 수직으로 떠오른다. 100피트 떨어진 곳에서 키가 5'인 여성이 열기구가 움직이는 경로를 관찰한다. 그 여성이 열기구를 바라보는 시선이 수평선과 이루는 각이 45일 때, 이 각은 약 5/min의 비율로 증가하고 있음을 알게 된다.
(a) 열기구의 높이는 얼마인가요? (b) 열기구는 얼마나 빠르게 올라가고 있나요?
A hot air balloon lifts off from ground rising vertically. From 100 feet away, a 5' woman tracks the path of the balloon. When her sightline with the balloon makes a 45 angle with the horizontal, she notes the angle is increasing at about 5/min.
(a) What is the elevation of the balloon? (b) How fast is it rising?
(a) 열기구는 지상 105ft 높이에 있다. (b) 열기구는 17.45ft/min의 속도로 올라가고 있다. (힌트: 모든 각을 라디안으로 바꾸세요.)
(a) The balloon is 105ft in the air. (b) The balloon is rising at a rate of 17.45ft/min. (Hint: convert all angles to radians.)
조경 자재를 생산하는 한 회사가 모래를 원뿔 모양으로 쌓고 있다. 모래는 5ft/sec의 속도로 쏟아지고 있으며, 모래의 물리적 성질과 중력이 함께 작용하여 원뿔의 높이는 밑면인 원의 지름 길이의 약 2/3가 된다.
원뿔의 높이가 30피트일 때, 원뿔은 얼마나 빠르게 높아지고 있나요?
A company that produces landscaping materials is dumping sand into a conical pile. The sand is being poured at a rate of 5ft/sec; the physical properties of the sand, in conjunction with gravity, ensure that the cone's height is roughly 2/3 the length of the diameter of the circular base.
How fast is the cone rising when it has a height of 30 feet?
원뿔은 ft/s의 속도로 높아지고 있다.
The cone is rising at a rate of ft/s.
시각 에서 입자의 위치가 로 주어진다. 입자의 속도가 0이 되는 의 값을 모두 구하세요.
The position of a particle at time is given by . For which values of is the velocity of the particle zero?
속도는 위치를 시간에 대해 미분한 것이다. 따라서 입자의 속도는 로 주어진다. 를 구한 다음 이것이 0이 되는 때를 찾아야 한다.
미분하기 위해 연쇄 법칙을 쓴다.
따라서 속도가 0이 되는 경우는 일 때, 일 때, 그리고 일 때이다. 은 절대로 0이 되지 않으므로, 속도가 0이 되는 것은 정확히 또는 일 때이다.
Velocity is the derivative of position with respect to time. So, the velocity of the particle is given by . We need to find , and determine when it is zero.
To differentiate, we us the chain rule.
So, the velocity is zero when , when , and when . Since is never zero, this tells us that the velocity is zero precisely when or .
시각 에서 입자의 위치가 로 주어진다고 하자. 시각 에서 입자의 가속도를 구하세요.
Suppose the position of a particle at time is given by . Find the acceleration of the particle at time .
문제는 을 구하는 것이다. 몫의 미분법을 사용하여 미분을 시작한다.
The question asks for . We start our differentiation using the quotient rule:
시각 초에서 입자의 높이가 로 주어진다. 에서 입자는 빨라지고 있는지 느려지고 있는지 판단하세요.
The height of a particle at time seconds is given by . Is the particle speeding up or slowing down at ?
입자의 속도는 로 주어진다. 이므로 이다. 즉, 입자는 올라가고 있다(양의 방향, 여기서는 “위쪽"으로 움직이고 있다). 입자의 가속도는 이다. 이므로 이고, 따라서 는 증가한다. 즉, 입자는 위쪽으로 움직이고 있고, 그 속도가 점점 커지고 있다. 따라서 입자는 빨라지고 있다.
The velocity of the particle is given by . Note , so –the particle is rising (moving in the positive direction, in this case “up"). The acceleration of the particle is . Since , , so is increasing: the particle is moving up, and it's doing so at an increasing rate. So, the particle is speeding up.
시각 초에서 입자의 높이가 으로 주어진다. 에서 입자의 운동은 빨라지고 있는지 느려지고 있는지 판단하세요.
The height of a particle at time seconds is given by . Is the particle's motion getting faster or slower at ?
이 문제에서는 속도에는 방향을 나타내는 부호가 있지만 속력에는 없다는 점을 기억해야 한다.
입자의 속도는 이다. 에서 입자의 속도는 이므로, 입자는 초당 4 단위의 속력으로 아래쪽으로 움직이고 있다. 입자의 가속도는 이므로 일 때 가속도는 (양수인) 초당 단위의 변화율(초당 속도 변화량)이다. 이는 속도(현재 초당 단위)가 더 큰 수가 되어 가고 있다는 뜻이다. 속도가 음수이므로 더 큰 수는 0에 더 가까운 수이고, 따라서 입자의 속력은 작아지고 있다. (예를 들어 속도 은 속도 보다 느린 운동을 나타낸다.) 그러므로 입자는 에서 느려지고 있다.
For this problem, remember that velocity has a sign indicating direction, while speed does not.
The velocity of the particle is given by . At , the velocity of the particle is , so the particle is moving downwards with a speed of 4 units per second. The acceleration of the particle is , so when , the acceleration is (positive) units per second per second. That means the velocity (currently units per second) is becoming a bigger number–since the velocity is negative, a bigger number is closer to zero, so the speed of the particle is getting smaller. (For instance, a velocity of represents a slower motion than a velocity of .) So, the particle is slowing down at .
양 , , , 는 모두 시간에 따라 변하며, 다음 식으로 서로 관련되어 있습니다. 시각 일 때, 다음 값이 알려져 있습니다.
일 때 를 구하세요.
The quantities , , , and all depend on time, and are related by the formula At time , the following values are known:
What is when ?
이므로, 변수들을 관련짓는 등식에서 다음을 알 수 있다:
Since , the equation relating the variables tells us:
를 속도 (km/시)로 달리는 자동차의 연료 소비량(리터/km)이라고 하자. 다시 말해, 는 자동차가 시속 킬로미터로 달릴 때 1킬로미터를 가는 데 사용하는 연료의 양(리터)을 나타낸다. 또한 이고 라고 하자.
(a) 를 같은 자동차가 속도 로 연료 1리터로 갈 수 있는 거리라고 하자. 와 사이의 관계는 무엇입니까? 이를 이용하여 과 을 구하세요. (b) 를 속도 로 달리는 자동차의 시간당 연료 소비량(리터/시)이라고 하자. 다시 말해, 는 자동차가 속도 로 달릴 때 1시간 동안 사용하는 연료의 양(리터)을 나타낸다. 와 사이의 대수적 관계는 무엇입니까? 이를 이용하여 과 을 구하세요. (c) 미적분을 전혀 모르는 운전자에게 이 함숫값과 미분계수의 실제적인 의미를 어떻게 설명하겠습니까? 답에서 다루는 각 함숫값과 미분계수에 단위를 포함하세요.
Let be the gas consumption (in liters/km) of a car going at velocity (in km/hour). In other words, tells you how many liters of gas the car uses to go one kilometer if it is traveling at kilometers per hour. In addition, suppose that and .
(a) Let be the distance the same car goes on one liter of gas at velocity . What is the relationship between and ? Hence find and . (b) Let be the gas consumption in liters per hour of a car going at velocity . In other words, tells you how many liters of gas the car uses in one hour if it is going at velocity . What is the algebraic relationship between and ? Hence find and . (c) How would you explain the practical meaning of these function and derivative values to a driver who knows no calculus? Include units on each of the function and derivative values you discuss in your response.
(a) 의 단위는 “킬로미터/리터”임을 알 수 있다. 의 단위가 “리터/킬로미터”이므로 는 의 역수이다: . 따라서 몫의 미분법에 의해 다음을 얻는다. 또한 주어진 값을 이용하면 킬로미터/리터이고, 이다. 여기서 의 단위는 “킬로미터/리터/(킬로미터/시)”임에 주의한다. (b) 의 단위는 “리터/시”이고 의 단위는 “리터/킬로미터”이므로, 에 (단위는 “킬로미터/시”)를 곱하면 의 단위가 의 단위와 일치한다. 따라서 곱의 미분법에 의해 다음을 얻는다. 의 함숫값과 미분계수를 이용하면 리터/시이고 리터/시/(킬로미터/시)이다. (c) 미적분을 모르는 사람에게 이 함숫값과 미분계수의 의미를 설명하려면 다음과 같이 말할 수 있다.
(a) Observe that the units on are “kilometers per liter”. Since the units on are “liters per kilometer”, it follows that is the reciprocal of : . By the quotient rule, we then know that Further, using the given values we can say that kilometers per liter, and . Note that the units on are “kilometers per liter per kilometer per hour”. (b) Since the units on are “liters per hour”, and the units on are “liters per kilometer”, we note that if we multiply by (whose units are “kilometers per hour”), we get that the units on match the units of . Thus, By the product rule, it follows that Using the known function and derivative values of , we determine that liters per hour and liters per hour per kilometer per hour. (c) To explain the meaning of these function and derivative values to someone who doesn't know calculus, we could say something like the following:
수직으로 움직이는 물체의 시각 에서의 높이(단위: 피트, 시간 단위: 초)가 함수 로 주어져 있습니다.
(a) 일 때 물체의 순간 속도는 얼마인지 구하세요. (b) 순간 에서 물체의 가속도는 얼마인지 구하세요. (c) 순간 에서 물체의 움직임을 일상적인 말로 설명하세요.
An object moving vertically has its height at time (measured in feet, with time in seconds) given by the function .
(a) What is the object's instantaneous velocity when ? (b) What is the object's acceleration at the instant ? (c) Describe in everyday language the behavior of the object at the instant .
(a) 에서 물체의 순간 속도는 이다. 이므로 몫의 미분법에 의해 다음을 얻는다. 따라서 초당 피트가 에서 물체의 순간(수직) 속도이다. (b) 에서 물체의 가속도를 구하려면 를 계산한다. 먼저 몫의 미분법에 의해 그러므로 에서의 가속도는 초당 피트 매 초이다. (c) 에서 물체는 떨어지고 있으며 속력이 줄어들고 있다. 속도가 음수이므로 물체가 떨어지고 있음을 알 수 있고, (음수인) 속도가 증가하고 있으므로( 가 양수이기 때문) 속도가 0에 가까워져 덜 음수가 되므로 속력이 줄어들고 있음을 알 수 있다.
(a) The object's instantaneous velocity at is given by . Since , by the quotient rule we can determine that Thus, feet per second is the instanateous (vertical) velocity of the object at . (b) To find the object's acceleration at , we compute . First, by the quotient rule, Therefore, the acceleration at is feet per second per second. (c) At , the object is falling and slowing down. We know the object is falling because its velocity is negative, and slowing down because its negative velocity is increasing (due to being positive) and thus getting less negative.
반지름이 4피트인 구 모양의 물탱크에 물이 피트 높이로 들어 있을 때, 탱크 안에 있는 물의 부피는 다음 식으로 주어집니다.
(a) 인 순간에, 물의 부피는 물의 높이에 대해 어떤 순간변화율로 변하나요? 이 양의 단위는 무엇인지 구하세요. (b) 이제 유입과 유출(예: 수도꼭지와 배수구)로 탱크 안 물의 높이가 조절되어, 시각 에서 물의 높이가 이라는 규칙으로 주어진다고 합시다. 여기서 는 시간 단위로 재고( 는 여전히 피트 단위로 잽니다). 인 순간에 물의 높이는 시간에 대해 어떤 비율로 변하는지 구하세요. (c) (b)의 가정을 이어서 사용할 때, 인 순간에 탱크 안 물의 부피는 시간에 대해 어떤 순간변화율로 변하는지 구하세요. (d) (a)에서 구한 변화율과 (c)에서 구한 변화율의 주된 차이점은 무엇인지 설명하세요. 관련된 단위에 대한 논의를 포함하세요.
If a spherical tank of radius 4 feet has feet of water present in the tank, then the volume of water in the tank is given by the formula
(a) At what instantaneous rate is the volume of water in the tank changing with respect to the height of the water at the instant ? What are the units on this quantity? (b) Now suppose that the height of water in the tank is being regulated by an inflow and outflow (e.g., a faucet and a drain) so that the height of the water at time is given by the rule , where is measured in hours (and is still measured in feet). At what rate is the height of the water changing with respect to time at the instant ? (c) Continuing under the assumptions in (b), at what instantaneous rate is the volume of water in the tank changing with respect to time at the instant ? (d) What are the main differences between the rates found in (a) and (c)? Include a discussion of the relevant units.
(a) 인 순간에 ( 를 독립변수 에 대해 미분한 도함수)를 구하는 문제이다. 먼저 를 전개하여 으로 쓰면 이고 단위는 “피트당 세제곱피트”이다. 에서의 값을 구하면 이다. (b) 이므로 에 대한 의 순간변화율은 이고, 따라서 시간당 피트이다. (c) 먼저 를 독립변수 에 대해 미분한 도함수 를 구한다. 여기서 를 의 함수로 과 같이 쓸 수 있고, 이다. 연쇄 법칙에 의해 이고, 과 를 이용하면 이며 단위는 “시간당 피트”이다. 이제 일 때의 를 구한다. 위에서 구한 결과를 이용하면 시간당 세제곱피트이다. (d) (a)에서는 탱크 안 물의 높이를 증가시킬 때 부피가 변하는 순간변화율을 구하고, (c)에서는 시간이 증가할 때 부피가 변하는 순간변화율을 구한다. 첫 번째 계산은 직접적인 계산이고, 두 번째 계산은 와 시간의 함수인 의 합성을 포함하므로 보다 간접적이다. 후자의 경우 와 모두 시간의 함수이므로, 가 의 함수로서 어떻게 변하는지뿐만 아니라 의 함수로서 어떻게 변하는지도 생각할 수 있다.
(a) We are asked to find (the derivative of with respect to the independent variable ) at the instant . If we first expand to write we find that with units “cubic feet per foot”. Evaluating at , we get (b) Since , the instantaneous rate of change of with respect to is , and therefore feet per hour. (c) First we want to find , the derivative of with respect to the independent variable . Here we can write as a function of by writing , where . By the chain rule, it follows that and hence using and , with units “ feet per hour”. Now we want to find when . Using our most recent work, we have cubic feet per hour. (d) In (a) we are determining the instantaneous rate at which the volume changes as we increase the height of the water in the tank, while in (c) we are finding the instantaneous rate at which volume changes as we increase time. The first calculation is a direct one, while the second is more indirect, as it involves the composition of with as a function of time. In the latter case, both and are functions of time, which allows us to think not only of how is changing as a function of , but also as a function of .