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

62문제 · 3 / 4쪽

41.OpenStax 1권 · 4.1절 · 40번우리말 번역

앞의 문제와 같은 상황에서, 해변에서 가장 가까운 지점으로부터 1 mi 떨어진 곳에서 불빛이 해변을 가로질러 움직이는 비율을 구하세요.

영어 원문 보기

Using the same setup as the previous problem, determine at what rate the beam of light moves across the beach 1 mi away from the closest point on the beach.

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.1절 · 5번
# 관련 변화율계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 1 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
42.OpenStax 1권 · 4.1절 · 42번우리말 번역

[계산기 사용] 타자가 공을 3루 쪽으로 75 ft/sec 로 치고 1루 쪽으로 24 ft/sec 의 속력으로 달립니다. 2초가 지났을 때 공과 타자 사이의 거리는 어떤 비율로 변하는지 구하세요.

영어 원문 보기

[T] A batter hits a ball toward third base at 75 ft/sec and runs toward first base at a rate of 24 ft/sec. At what rate does the distance between the ball and the batter change when 2 sec have passed?

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.1절 · 33번
# 관련 변화율계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 1 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
43.OpenStax 1권 · 4.1절 · 43번우리말 번역

[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.)

영어 원문 보기

[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.)

정답·풀이 보기

거리는 62.5062.50 ft/sec 의 비율로 증가하고 있다.

원본 교재 풀이(영어)

The distance is increasing at a rate of 62.5062.50 ft/sec.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.1절 · 5번
# 관련 변화율활용자동 분류
OpenStax Calculus Volume 1 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
44.OpenStax 1권 · 4.1절 · 44번우리말 번역

[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.

영어 원문 보기

[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?

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.1절 · 29번
# 관련 변화율활용자동 분류
OpenStax Calculus Volume 1 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
45.OpenStax 1권 · 4.1절 · 45번우리말 번역

[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.

영어 원문 보기

[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?

정답·풀이 보기

거리는 11.9911.99 ft/sec 의 비율로 감소하고 있다.

원본 교재 풀이(영어)

The distance is decreasing at a rate of 11.9911.99 ft/sec.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.2절 · 1번
# 관련 변화율활용자동 분류
OpenStax Calculus Volume 1 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
46.APEX · 4.2절 · 1번우리말 번역

참/거짓: 음함수 미분은 “관련 변화율” 유형의 문제를 풀 때 자주 사용된다.

영어 원문 보기

T/F: Implicit differentiation is often used when solving “related rates” type problems.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기
# 관련 변화율개념 확인자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
47.APEX · 4.2절 · 2번우리말 번역

참/거짓: 관련 변화율에 대한 학습은 표준 경찰관 훈련의 일부이다.

영어 원문 보기

T/F: A study of related rates is part of the standard police officer training.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기
# 관련 변화율개념 확인자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
48.APEX · 4.2절 · 3번우리말 번역

물이 평평한 면 위로 매초 5cm3^3의 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

영어 원문 보기

Water flows onto a flat surface at a rate of 5cm3^3/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?

정답·풀이 보기

(a) 5/(2π)≈0.7965/(2\pi) \approx 0.796cm/s (b) 1/(4π)≈0.07961/(4\pi)\approx 0.0796 cm/s (c) 1/(40π)≈0.007961/(40\pi)\approx 0.00796 cm/s

원본 교재 풀이(영어)

(a) 5/(2π)≈0.7965/(2\pi) \approx 0.796cm/s (b) 1/(4π)≈0.07961/(4\pi)\approx 0.0796 cm/s (c) 1/(40π)≈0.007961/(40\pi)\approx 0.00796 cm/s

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 4.2절 · 1번
# 관련 변화율활용자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
49.APEX · 4.2절 · 4번우리말 번역

구 모양의 풍선에 10cm3^3/s 의 비율로 공기를 불어 넣고 있다. 반지름이 다음과 같을 때, 풍선의 반지름은 얼마나 빠르게 증가하고 있나요?

(a) 1 cm (b) 10 cm (c) 100 cm

영어 원문 보기

A spherical balloon is inflated with air flowing at a rate of 10cm3^3/s. How fast is the radius of the balloon increasing when the radius is:

(a) 1 cm? (b) 10 cm? (c) 100 cm?

정답·풀이 보기

(a) 5/(2π)≈0.7965/(2\pi)\approx 0.796cm/s (b) 1/(40π)≈0.007961/(40\pi)\approx 0.00796 cm/s (c) 1/(4000π)≈0.00007961/(4000\pi)\approx 0.0000796 cm/s

원본 교재 풀이(영어)

(a) 5/(2π)≈0.7965/(2\pi)\approx 0.796cm/s (b) 1/(40π)≈0.007961/(40\pi)\approx 0.00796 cm/s (c) 1/(4000π)≈0.00007961/(4000\pi)\approx 0.0000796 cm/s

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 4.2절 · 11번
# 관련 변화율계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
50.APEX · 4.2절 · 7번우리말 번역

F-22 항공기가 500mph 의 속력으로 고도 10,000ft 에서, 대공포 바로 위를 지나게 될 직선 경로를 따라 날고 있다.

그림

비행기가 다음과 같은 위치에 있을 때, 대공포가 항공기를 정확히 추적하려면 얼마나 빠르게 회전할 수 있어야 하나요?

(a) 1마일 떨어져 있을 때 (b) 1/5마일 떨어져 있을 때 (c) 바로 위에 있을 때

영어 원문 보기

An F-22 aircraft is flying at 500mph with an elevation of 10,000ft on a straight–line path that will take it directly over an anti–aircraft gun.

figure

How fast must the gun be able to turn to accurately track the aircraft when the plane is:

(a) 1 mile away? (b) 1/5 mile away? (c) Directly overhead?

정답·풀이 보기

비행기의 고도 때문에 대공포는 그리 빠르게 회전하지 않아도 된다.

(a) 0.05730.0573 rad/s (b) 0.07250.0725 rad/s (c) 극한에서 변화율은 0.07330.0733 rad/s 에 가까워진다.

원본 교재 풀이(영어)

Due to the height of the plane, the gun does not have to rotate very fast.

(a) 0.05730.0573 rad/s (b) 0.07250.0725 rad/s (c) In the limit, rate goes to 0.07330.0733 rad/s

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 4.2절 · 4번
# 관련 변화율그래프·표 해석자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
51.APEX · 4.2절 · 9번우리말 번역

24ft 길이의 사다리가 집에 기대어 있고, 사다리의 아래쪽 끝을 1ft/s 의 일정한 비율로 집에서 멀어지게 당기고 있다.

그림

사다리의 아래쪽 끝이 다음과 같은 위치에 있을 때, 사다리의 위쪽 끝은 집 벽을 따라 어떤 비율로 미끄러져 내려가고 있나요?

(a) 집에서 1피트 떨어져 있을 때 (b) 집에서 10피트 떨어져 있을 때 (c) 집에서 23피트 떨어져 있을 때 (d) 집에서 24피트 떨어져 있을 때

영어 원문 보기

A 24ft. ladder is leaning against a house while the base is pulled away at a constant rate of 1ft/s.

figure

At what rate is the top of the ladder sliding down the side of the house when the base is:

(a) 1 foot from the house? (b) 10 feet from the house? (c) 23 feet from the house? (d) 24 feet from the house?

정답·풀이 보기

(a) 0.040.04 ft/s (b) 0.4580.458 ft/s (c) 3.353.35 ft/s (d) 정의되지 않는다. 거리가 24에 가까워질수록 변화율은 ∞\infty 로 커진다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) 0.040.04 ft/s (b) 0.4580.458 ft/s (c) 3.353.35 ft/s (d) Not defined; as the distance approaches 24, the rates approaches ∞\infty.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 3.1절 · 9번
# 관련 변화율그래프·표 해석자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
52.APEX · 4.2절 · 10번우리말 번역

배 갑판 위 10ft 높이에 있는 윈치가 30ft/min의 일정한 속도로 배를 선착장 쪽으로 끌어당기고 있다.

그림

배가 다음과 같은 위치에 있을 때, 배는 어느 정도의 속도로 선착장에 가까워지고 있나요?

(a) 선착장에서 50피트 떨어져 있을 때 (b) 선착장에서 15피트 떨어져 있을 때 (c) 선착장에서 1피트 떨어져 있을 때 (d) 배를 끌어당기는 밧줄의 길이가 10피트보다 짧아지면 어떻게 되나요?

영어 원문 보기

A boat is being pulled into a dock at a constant rate of 30ft/min by a winch located 10ft above the deck of the boat.

figure

At what rate is the boat approaching the dock when the boat is:

(a) 50 feet out? (b) 15 feet out? (c) 1 foot from the dock? (d) What happens when the length of rope pulling in the boat is less than 10 feet long?

정답·풀이 보기

(a) 30.5930.59 ft/min (b) 36.136.1 ft/min (c) 301301 ft/min (d) 배는 더 이상 평소처럼 물에 떠 있지 못하고, 윈치에 의해 위로 끌려 올라가게 된다(윈치에 그럴 힘이 있다고 가정한다).

원본 교재 풀이(영어)

(a) 30.5930.59 ft/min (b) 36.136.1 ft/min (c) 301301 ft/min (d) The boat no longer floats as usual, but is being pulled up by the winch (assuming it has the power to do so).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 4.2절 · 12번
# 관련 변화율그래프·표 해석자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
53.APEX · 4.2절 · 11번우리말 번역

깊이가 20ft이고 윗면의 지름이 10ft인 거꾸로 세운 원뿔 모양의 탱크에 10ft3^3/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?

영어 원문 보기

An inverted cylindrical cone, 20ft deep and 10ft across at the top, is being filled with water at a rate of 10ft3^3/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?

정답·풀이 보기

(a) 50.9250.92 ft/min (b) 0.5090.509 ft/min (c) 0.1410.141 ft/min

탱크의 용량이 약 523.6ft3^3이므로 약 52.36분이 걸린다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) 50.9250.92 ft/min (b) 0.5090.509 ft/min (c) 0.1410.141 ft/min

As the tank holds about 523.6ft3^3, it will take about 52.36 minutes.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 4.2절 · 10번
# 관련 변화율활용자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
54.APEX · 4.2절 · 12번우리말 번역

추에 연결된 밧줄이 천장의 도르래를 지나 위로 올라갔다가 다시 아래로 내려와 한 작업자에게 이어져 있다. 그 남자는 밧줄과 추가 연결된 지점과 같은 높이에서 밧줄을 잡고 있다.

그림

남자가 추 바로 옆에 서 있다가(즉, 밧줄의 전체 길이가 60 ft이다) 2ft/s의 속도로 멀어지기 시작한다고 하자. 남자가 다음과 같이 걸어갔을 때, 추는 얼마나 빠르게 올라가고 있나요?

(a) 10피트 (b) 40피트

추를 도르래까지 완전히 끌어올리려면 남자는 얼마나 멀리 걸어가야 하나요?

영어 원문 보기

A rope, attached to a weight, goes up through a pulley at the ceiling and back down to a worker. The man holds the rope at the same height as the connection point between rope and weight.

figure

Suppose the man stands directly next to the weight (i.e., a total rope length of 60 ft) and begins to walk away at a rate of 2ft/s. How fast is the weight rising when the man has walked:

(a) 10 feet? (b) 40 feet?

How far must the man walk to raise the weight all the way to the pulley?

정답·풀이 보기

(a) 0.630.63 ft/sec (b) 1.61.6 ft/sec

약 52 ft이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) 0.630.63 ft/sec (b) 1.61.6 ft/sec

About 52 ft.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 4.2절 · 9번
# 관련 변화율그래프·표 해석자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
55.APEX · 4.2절 · 14번우리말 번역

열기구가 지면에서 수직으로 떠오른다. 100피트 떨어진 곳에서 키가 5'인 여성이 열기구가 움직이는 경로를 관찰한다. 그 여성이 열기구를 바라보는 시선이 수평선과 이루는 각이 45∘^\circ일 때, 이 각은 약 5∘^\circ/min의 비율로 증가하고 있음을 알게 된다.

(a) 열기구의 높이는 얼마인가요? (b) 열기구는 얼마나 빠르게 올라가고 있나요?

영어 원문 보기

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∘^\circ angle with the horizontal, she notes the angle is increasing at about 5∘^\circ/min.

(a) What is the elevation of the balloon? (b) How fast is it rising?

정답·풀이 보기

(a) 열기구는 지상 105ft 높이에 있다. (b) 열기구는 17.45ft/min의 속도로 올라가고 있다. (힌트: 모든 각을 라디안으로 바꾸세요.)

원본 교재 풀이(영어)

(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.)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 4.2절 · 7번
# 관련 변화율활용자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
56.APEX · 4.2절 · 15번우리말 번역

조경 자재를 생산하는 한 회사가 모래를 원뿔 모양으로 쌓고 있다. 모래는 5ft3^3/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?

영어 원문 보기

A company that produces landscaping materials is dumping sand into a conical pile. The sand is being poured at a rate of 5ft3^3/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?

정답·풀이 보기

원뿔은 0.0030.003ft/s의 속도로 높아지고 있다.

원본 교재 풀이(영어)

The cone is rising at a rate of 0.0030.003ft/s.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 4.2절 · 14번
# 관련 변화율활용자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
57.CLP-1 · 3.2절 · 1번우리말 번역

두 양 PP 와 QQ 가 공식 P=Q3P=Q^3 으로 관계되어 있다고 합시다. PP 와 QQ 는 시간 tt 에 따라 변합니다. 이 정보가 주어졌을 때, 다음 중 풀 수 있는 문제를 모두 고르세요.

ⅰ. dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0) 이 주어졌을 때, dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0) 을 구하세요. (기억하세요: 기호 dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0) 은 시각 t=0t=0 에서 PP 의 tt 에 대한 미분계수를 뜻합니다.) ⅱ. dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0) 과 t=0t=0 일 때 QQ 의 값이 주어졌을 때, dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0) 을 구하세요. ⅲ. dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0) 이 주어졌을 때, dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0) 을 구하세요. ⅳ. dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0) 과 t=0t=0 일 때 PP 의 값이 주어졌을 때, dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0) 을 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose the quantities PP and QQ are related by the formula P=Q3P=Q^3. PP and QQ are changing with respect to time, tt. Given this information, which of the following are problems you could solve?

i. Given dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0), find dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0). (Remember: the notation dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0) means the derivative of PP with respect to tt at the time t=0t=0.) ii. Given dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0) and the value of QQ when t=0t=0, find dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0). iii. Given dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0), find dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0). iv. Given dQdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}(0) and the value of PP when t=0t=0, find dPdt(0)\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}(0).

정답·풀이 보기

PP 와 QQ 를 관계짓는 등식이 있다:

P=Q3제3의 변수 t 에 대해 음함수 미분한다:dPdt=3Q2⋅dQdt\begin{aligned} P&=Q^3 \\ \text{제3의 변수 $t$ 에 대해 음함수 미분한다:} \\ \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}&=3Q^2\cdot\frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t} \end{aligned}

세 양 dPdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}, QQ, dQdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t} 중 두 가지를 알면 나머지 하나를 구할 수 있다. 따라서 ⅱ는 풀 수 있는 문제이다. PP 를 알면 QQ 도 알 수 있으므로(PP 의 세제곱근이다), ⅳ도 풀 수 있다. 그러나 PP 와 QQ 를 둘 다 모르면, dQdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t} 만으로는 dPdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t} 를 구할 수 없고, dPdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t} 만으로는 dQdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t} 를 구할 수 없다. 따라서 ⅰ과 ⅲ은 풀 수 없다.

원본 교재 풀이(영어)

We have an equation relating PP and QQ:

P=Q3We differentiate implicitly with respect to a third variable, t:dPdt=3Q2⋅dQdt\begin{aligned} P&=Q^3 \\ \text{We differentiate implicitly with respect to a third variable, $t$:} \\ \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}&=3Q^2\cdot\frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t} \end{aligned}

If we know two of the three quantities dPdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}, QQ, and dQdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}, then we can find the third. Therefore, ii is a question we can solve. If we know PP, then we also know QQ (it's just the cube root of PP), so also we can solve iv. However, if we know neither PP nor QQ, then we can't find dPdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t} based only off dQdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}, and we can't find dQdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t} based only off dPdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}P}{\mathrm{d}t}. So we can't solve i or iii.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.1절 · 1번
# 관련 변화율계산기본자동 분류
58.CLP-1 · 3.2절 · 21번우리말 번역

떠 있는 부표가 강바닥에 고정되어 있다. 강이 흐르면 부표는 길이 2미터의 줄이 팽팽해질 때까지 물이 흐르는 방향으로 끌려간다. 닻에 있는 센서는 아래 그림과 같이 줄과 강바닥 사이의 각 θ\theta 를 읽는다. 이 자료는 시간에 따라 변하는 강의 수심 DD 를 측정하는 데 쓰인다.

그림

(a) θ=π4\theta = \dfrac{\pi}{4} 이고 dθdt=0.25 radhr\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}=0.25~\frac{\mathrm{rad}}{\mathrm{hr}} 일 때, 물의 깊이 DD 는 얼마나 빠르게 변하는지 구하세요. (b) 측정 결과 dθdt=0\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}=0 이지만 dDdt≠0\displaystyle \frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}\neq0 이다. 어떤 상황에서 이런 일이 일어나는지 설명하세요. (c) 측정 결과 dθdt>0\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}>0 이지만 dDdt<0\displaystyle \frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}<0 이다. 어떤 상황에서 이런 일이 일어나는지 설명하세요.

영어 원문 보기

A floating buoy is anchored to the bottom of a river. As the river flows, the buoy is pulled in the direction of flow until its 2-metre rope is taut. A sensor at the anchor reads the angle θ\theta between the rope and the riverbed, as shown in the diagram below. This data is used to measure the depth DD of water in the river, which depends on time.

figure

(a) If θ=π4\theta = \dfrac{\pi}{4} and dθdt=0.25 radhr\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}=0.25~\frac{\mathrm{rad}}{\mathrm{hr}}, how fast is the depth DD of the water changing? (b) A measurement shows dθdt=0\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}=0, but dDdt≠0\displaystyle \frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}\neq0. Under what circumstances does this occur? (c) A measurement shows dθdt>0\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}>0, but dDdt<0\displaystyle \frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}<0. Under what circumstances does this occur?

정답·풀이 보기

흔히 그렇듯이, 이 문제에서도 직각삼각형을 이용하여 여러 양 사이의 관계를 나타낸다.

그림

sin⁡θ=D2D=2sin⁡θ합성함수의 미분법을 이용하여 양변을 시간 t 에 대해 미분한다.dDdt=2cos⁡θ⋅dθdt따라서 dθdt=0.25 라디안/시간이고 θ=π4 라디안이면(a)dDdt=2cos⁡(π4)⋅0.25=2(12)14=122 미터/시간.\begin{aligned} \sin\theta&=\frac{D}{2}\\ D&=2\sin\theta\\ \text{합성함수의 미분법을 이용하여 양변을 시간 $t$ 에 대해 미분한다.} \\ \frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}&=2\cos\theta\cdot\frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t} \\ \text{따라서 $\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}=0.25$ 라디안/시간이고 $\theta = \dfrac{\pi}{4}$ 라디안이면} \\ (a)\qquad\frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}&=2\cos\left(\frac{\pi}{4}\right)\cdot 0.25=2\left(\frac{1}{\sqrt{2}}\right)\frac{1}{4}=\frac{1}{2\sqrt{2}}~\text{미터/시간}. \end{aligned}

(b)는 잠시 접어 두고 (c)를 생각해 보자. dθdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t} 와 dDdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t} 의 부호가 다르면, dDdt=2cos⁡θ⋅dθdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}=2\cos\theta\cdot\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t} 이므로 cos⁡θ<0\cos\theta<0 이다. 수심은 음이 아니어야 하므로 D>0D>0 이고, D=2sin⁡θD=2\sin\theta 이므로 sin⁡θ>0\sin \theta >0 이다. sin⁡θ≥0\sin\theta\ge0 이고 cos⁡θ<0\cos \theta<0 이면 θ∈(π/2,π]\theta\in(\pi/2,\pi] 이다. 그림으로 나타내면 다음과 같다.

그림

즉, 물이 흐르는 방향이 반대로 바뀐 것이다. 예를 들어 강이 바다로 흘러들어 가는 곳에서 만조일 때 이런 일이 일어난다. 선샤인 코스트에 있는 스쿠쿰척 내로스 주립공원에는 흐름이 반대로 바뀌는 여울이 있다.

이제 (b)로 돌아가 보자. 줄의 길이가 2미터뿐인데 강물이 2미터보다 더 높이 차오르면, 등식 D=2sin⁡θD=2\sin\theta 는 더 이상 성립하지 않는다. 부표는 물속에 가만히 있는 채로 물이 불어나거나 줄어들 수 있다(단, 수심은 22 미터 이상으로 유지된다).

원본 교재 풀이(영어)

As is so often the case, we use a right triangle in this problem to relate the quantities.

figure

sin⁡θ=D2D=2sin⁡θUsing the chain rule, we differentiate both sides with respect to time, t.dDdt=2cos⁡θ⋅dθdtSo, if dθdt=0.25 radians per hour and θ=π4 radians, then(a)dDdt=2cos⁡(π4)⋅0.25=2(12)14=122 metres per hour.\begin{aligned} \sin\theta&=\frac{D}{2}\\ D&=2\sin\theta\\ \text{Using the chain rule, we differentiate both sides with respect to time, $t$.} \\ \frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}&=2\cos\theta\cdot\frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t} \\ \text{So, if $\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}=0.25$ radians per hour and $\theta = \dfrac{\pi}{4}$ radians, then} \\ (a)\qquad\frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}&=2\cos\left(\frac{\pi}{4}\right)\cdot 0.25=2\left(\frac{1}{\sqrt{2}}\right)\frac{1}{4}=\frac{1}{2\sqrt{2}}~\text{metres per hour}. \end{aligned}

Setting aside part (b) for a moment, let's think about (c). If dθdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t} and dDdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t} have different signs, then because dDdt=2cos⁡θ⋅dθdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}=2\cos\theta\cdot\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}, that means cos⁡θ<0\cos\theta<0. We have to have a nonnegative depth, so D>0D>0 and D=2sin⁡θD=2\sin\theta implies sin⁡θ>0\sin \theta >0. If sin⁡θ≥0\sin\theta\ge0 and cos⁡θ<0\cos \theta<0, then θ∈(π/2,π]\theta\in(\pi/2,\pi]. On the diagram, that looks like this:

figure

That is: the water has reversed direction. This happens, for instance, when a river empties into the ocean and the tide is high. Skookumchuck Narrows provincial park, in the Sunshine Coast, has reversing rapids.

Now, let's return to (b). If the rope is only 2 metres long, and the river rises higher than 2 metres, then our equation D=2sin⁡θD=2\sin\theta doesn't work any more: the buoy might be stationary underwater while the water rises or falls (but stays at or above 22 metres deep).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.2절 · 24번
# 관련 변화율그래프·표 해석도전자동 분류
59.CLP-1 · 3.2절 · 22번우리말 번역

점이 아래 그림과 같은 사각형을 따라 xyxy-평면 위를 움직이고 있다.

그림

(a) 점이 (0,−2)(0,-2) 에 있을 때, 점은 오른쪽으로 움직이고 있다. 원점에 서 있는 관찰자가 그 점을 똑바로 바라보려면 초당 1라디안의 비율로 회전해야 한다. 점은 얼마나 빠르게 움직이고 있는지 구하세요. (b) 점이 (0,2)(0,2) 에 있을 때, 점의 xx좌표는 초당 1단위의 비율로 증가하고 있다. 점의 yy좌표는 얼마나 빠르게 변하는지 구하세요. 또 점은 얼마나 빠르게 움직이고 있는지 구하세요.

영어 원문 보기

A point is moving in the xyxy-plane along the quadrilateral shown below.

figure

(a) When the point is at (0,−2)(0,-2), it is moving to the right. An observer stationed at the origin must turn at a rate of one radian per second to keep looking directly at the point. How fast is the point moving? (b) When the point is at (0,2)(0,2), its xx-coordinate is increasing at a rate of one unit per second. How fast it its yy-coordinate changing? How fast is the point moving?

정답·풀이 보기

(a) 점이 (0,−2)(0,-2) 에 있을 때, 점은 수평선을 따라 움직이고 있으므로 yy좌표는 변하지 않는다. 따라서 점이 움직이는 빠르기는 단순히 dxdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t} 이다. 관찰자가 점을 보기 위해 바라보는 각을 θ\theta 라 하자. dθdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t} 는 알고 있으므로, θ\theta 와 xx 를 연결하는 방정식을 찾은 다음 tt 에 대하여 음함수 미분하는 것이 적절한 계획이다. 이를 위해 그림으로 돌아가 보자.

그림

점이 (0,−2)(0,-2) 의 약간 오른쪽에 있을 때, 그림과 같이 원점과 함께 삼각형을 만들 수 있다. 표시된 각을 θ\theta 라 하면 dθdt=1\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}=1 라디안/초이다. (관찰자가 초당 1라디안으로 회전한다고 주어졌으므로, 이것이 θ\theta 가 증가하는 빠르기이다.) 그림의 직각삼각형에서 다음을 알 수 있다. tan⁡θ=x2\tan\theta=\frac{x}{2} 이제 미묘한 점 하나를 짚어야 한다. 우리가 그린 그림은 점이 (0,−2)(0,-2) 의 약간 오른쪽에 있는 위치일 때만 의미가 있다. 따라서 지금까지는 오른쪽에서의 미분을 구하는 설정만 만든 셈이다. 그러나 조금 더 생각해 보면, xx 가 음수일 때(즉 점이 (0,−2)(0,-2) 의 약간 왼쪽에 있을 때)에도 θ\theta 를 주의해서 정의하면 이 식이 성립함을 알 수 있다. θ\theta 를 점과 원점을 잇는 선분과 yy축 사이의 각으로 하되, 점이 yy축의 왼쪽에 있을 때는 θ\theta 가 음수라고 하자.

그림

점이 yy축의 왼쪽에 있을 때 xx 와 θ\theta 는 모두 음수이므로,

tan⁡∣θ∣=2∣x∣tan⁡(−θ)=−x2그런데 tan⁡(−θ)=−tan⁡(θ) 이므로:tan⁡θ=x2\begin{aligned} \tan|\theta|&=\frac{2}{|x|}\\ \tan(-\theta) &= \frac{-x}{2} \\ \text{그런데 $\tan(-\theta)=-\tan(\theta)$ 이므로:} \\ \tan\theta&=\frac{x}{2} \end{aligned}

따라서 점이 (x,−2)(x,-2) 에 있을 때 xx 의 부호와 관계없이 tan⁡θ=x2\tan\theta=\dfrac{x}{2} 가 성립함을 보였다.

계속해서, dθdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t} 가 주어졌고 dxdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t} 를 구해야 하므로 tt 에 대하여 미분한다.

sec⁡2θ⋅dθdt=12⋅dxdt점이 (0,−2) 에 있을 때 관찰자가 초당 1라디안으로 회전하므로 dθdt=1 이다. 또 그림에서 θ=0 이다. 이 값들을 대입하면:sec⁡2(0)⋅(1)=12⋅dxdt1=12⋅dxdtdxdt=2\begin{aligned} \sec^2\theta \cdot \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}&=\frac{1}{2}\cdot\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t} \\ \text{점이 $(0,-2)$ 에 있을 때 관찰자가 초당 1라디안으로 회전하므로 $\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}=1$ 이다. 또 그림에서 $\theta=0$ 이다. 이 값들을 대입하면:} \\ \sec^2\left(0\right)\cdot(1)&=\frac{1}{2}\cdot\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}\\ 1&=\frac{1}{2}\cdot\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}\\ \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}&=2 \end{aligned}

따라서 점은 초당 2단위의 속력으로 움직인다.

(b) 점이 (0,2)(0,2) 에 있을 때, 점은 기울기가 −12-\frac{1}{2} 이고 yy절편이 22 인 직선을 따라 움직이고 있다. 따라서 점은 직선 y=2−12xy=2-\frac{1}{2}x 위에 있다. 즉 시각 tt 에서 점이 (x(t),y(t))(x(t),y(t)) 에 있다면, x(t)x(t) 와 y(t)y(t) 는 y(t)=2−12x(t)y(t)=2-\frac{1}{2}x(t) 를 만족시킨다. 이를 tt 에 대하여 음함수 미분하면: dydt=−12⋅dxdt\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t}=-\frac{1}{2}\cdot\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t} 따라서 dxdt=1\displaystyle \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}=1 일 때 dydt=−12\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t}=-\dfrac{1}{2} 이다. 즉 yy좌표는 초당 12\dfrac{1}{2}단위의 비율로 감소한다.

“점은 얼마나 빠르게 움직이는가?”라는 물음에 대해서는, 물체의 속도가 물체의 위치를 나타내는 식을 (시간에 대하여) 미분하여 구해진다는 점을 기억하자. 이 경우 복잡한 점은 (1) 물체의 위치가 시간의 함수로 주어져 있지 않고, (2) 물체의 위치가 1차원이 아니라 2차원(xx좌표와 yy좌표)으로 주어져 있다는 것이다.

참고: 아래의 풀이는 사실 꽤 복잡하다. 스스로 알아낼 수 있는 수준이기는 하지만, 수학을 더 공부하다 보면 벡터를 이용한 더 쉬운 방법을 배우게 될 것이다. 지금은 비교적 어려운 연습 문제로 생각하고, 계속 공부할 동기로 삼자. 더 쉬운 방법이 있을 것이다라는 직관은 충분히 근거가 있다!

점은 직선을 따라 움직이고 있다. 따라서 복잡한 점 (2)를 해결하기 위해, 점의 위치를 직선 위의 한 점으로 나타낼 수 있다. 이 직선을 일종의 축으로 삼을 수 있다. 이 축에서 “원점”이 될 점을 하나 골라야 하는데, (2,1)(2,1) 이 편리한 점이다. DD 를 “축”을 따라 (2,1)(2,1) 로부터 잰 점의 (부호가 있는) 거리라 하자. 점이 (2,1)(2,1) 의 왼쪽으로 1단위 떨어져 있을 때는 D=−1D=-1 이고, 점이 (2,1)(2,1) 의 오른쪽으로 1단위 떨어져 있을 때는 D=1D=1 이다. 그러면 DD 는 시간에 따라 변하고, dDdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t} 는 점의 속도이다. dxdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t} 와 dydt\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t} 를 알고 있으므로, xx, yy, DD 를 연결하는 방정식을 찾아 tt 에 대하여 음함수 미분하는 것이 적절한 계획이다. (이 음함수 미분이 복잡한 점 (1)을 해결해 준다.) 피타고라스 정리를 이용하면:

D2=(x−2)2+(y−1)2t 에 대하여 미분하면:2D⋅dDdt=2(x−2)⋅dxdt+2(y−1)⋅dydtx=0, y=2, dxdt=1, dydt=−12, 그리고 D=−(0−2)2+(2−1)2=−5 (점이 (2,1) 의 왼쪽에 있으므로 음수)를 대입하면:−25⋅dDdt=2(−2)(1)+2(1)(−12)dDdt=52 단위/초\begin{aligned} D^2&=(x-2)^2+(y-1)^2 \\ \text{$t$ 에 대하여 미분하면:} \\ 2D\cdot\frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}&=2(x-2)\cdot\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}+2(y-1)\cdot\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t} \\ \text{$x=0$, $y=2$, $\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}=1$, $\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t}=-\frac{1}{2}$, 그리고 $D=-\sqrt{(0-2)^2+(2-1)^2}=-\sqrt{5}$ (점이 $(2,1)$ 의 왼쪽에 있으므로 음수)를 대입하면:} \\ -2\sqrt{5}\cdot\frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}&=2(-2)(1)+2(1)\left(-\frac{1}{2}\right)\\ \frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}&=\frac{\sqrt{5}}{2}~\text{단위/초} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

(a) When the point is at (0,−2)(0,-2), its yy-coordinate is not changing, because it is moving along a horizontal line. So, the rate at which the particle moves is simply dxdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}. Let θ\theta be the angle an observer would be looking at, in order to watch the point. Since we know dθdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}, a reasonable plan is to find an equation relating θ\theta and xx, and then differentiate implicitly with respect to tt. To do this, let's return to our diagram.

figure

When the point is a little to the right of (0,−2)(0,-2), then we can make a triangle with the origin, as shown. If we let θ\theta be the indicated angle, then dθdt=1\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}=1 radian per second. (It is given that the observer is turning one radian per second, so this is how fast θ\theta is increasing.) From the right triangle in the diagram, we see tan⁡θ=x2\tan\theta=\frac{x}{2} Now, we have to take care of a subtle point. The diagram we drew only makes sense for the point when it is at a position a little to the right of (0,−2)(0,-2). So, right now, we've only made a set-up that will find the derivative from the right. But, with a little more thought, we see that even when xx is negative (that is, when the point is a little to the left of (0,−2)(0,-2)), our equation holds if we are careful about how we define θ\theta. Let θ\theta be the angle between the line connecting the point and the origin, and the yy-axis, where θ\theta is negative when the point is to the left of the yy-axis.

figure

Since xx and θ\theta are both negative when the point is to the left of the yy-axis,

tan⁡∣θ∣=2∣x∣tan⁡(−θ)=−x2So, since tan⁡(−θ)=−tan⁡(θ):tan⁡θ=x2\begin{aligned} \tan|\theta|&=\frac{2}{|x|}\\ \tan(-\theta) &= \frac{-x}{2} \\ \text{So, since $\tan(-\theta)=-\tan(\theta)$:} \\ \tan\theta&=\frac{x}{2} \end{aligned}

So, we've shown that the relationship tan⁡θ=x2\tan\theta=\dfrac{x}{2} holds when our point is at (x,−2)(x,-2), regardless of the sign of xx.

Moving on, since we are given dθdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t} and asked for dxdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}, we differentiate with respect to tt:

sec⁡2θ⋅dθdt=12⋅dxdtWhen the point is at (0,−2), since the observer is turning at one radian per second, also dθdt=1. Also, looking at the diagram, θ=0. Plugging in these values:sec⁡2(0)⋅(1)=12⋅dxdt1=12⋅dxdtdxdt=2\begin{aligned} \sec^2\theta \cdot \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}&=\frac{1}{2}\cdot\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t} \\ \text{When the point is at $(0,-2)$, since the observer is turning at one radian per second, also $\displaystyle \frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}=1$. Also, looking at the diagram, $\theta=0$. Plugging in these values:} \\ \sec^2\left(0\right)\cdot(1)&=\frac{1}{2}\cdot\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}\\ 1&=\frac{1}{2}\cdot\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}\\ \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}&=2 \end{aligned}

So, the particle is moving at 2 units per second.

(b) When the point is at (0,2)(0,2), it is moving along a line with slope −12-\frac{1}{2} and yy-intercept 22. So, it is on the line y=2−12xy=2-\frac{1}{2}x That is, at time tt, if the point is at (x(t),y(t))(x(t),y(t)), then x(t)x(t) and y(t)y(t) satisfy y(t)=2−12x(t)y(t)=2-\frac{1}{2}x(t). Implicitly differentiating with respect to tt: dydt=−12⋅dxdt\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t}=-\frac{1}{2}\cdot\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t} So, when dxdt=1\displaystyle \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}=1, dydt=−12\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t}=-\dfrac{1}{2}. That is, its yy-coordinate is decreasing at 12\dfrac{1}{2} unit per second.

For the question “How fast is the point moving?", remember that the velocity of an object can be found by differentiating (with respect to time) the equation that gives the position of the object. The complicating factors in this case are that (1) the position of our object is not given as a function of time, and (2) the position of our object is given in two dimensions (an xx coordinate and a yy coordinate), not one.

Remark: the solution below is actually pretty complicated. It is within your abilities to figure it out, but later on in your mathematical career you will learn an easier way, using vectors. For now, take this as a relatively tough exercise, and a motivation to keep learning: your intuition that there must be an easier way is well founded!

The point is moving along a straight line. So, to take care of complication (2), we can give its position as a point on the line. We can take the line as a sort of axis. We'll need to choose a point on the axis to be the “origin": (2,1)(2,1) is a convenient point. Let DD be the point's (signed) distance along the “axis" from (2,1)(2,1). When the point is a distance of one unit to the left of (2,1)(2,1), we'll have D=−1D=-1, and when the point is a distance of one unit to the right of (2,1)(2,1), we'll have D=1D=1. Then DD changes with respect to time, and dDdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t} is the velocity of the point. Since we know dxdt\displaystyle \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t} and dydt\displaystyle \frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t}, a reasonable plan is to find an equation relating xx, yy, and DD, and differentiate implicitly with respect to tt. (This implicit differentiation takes care of complication (1).) Using the Pythagorean Theorem:

D2=(x−2)2+(y−1)2Differentiating with respect to t:2D⋅dDdt=2(x−2)⋅dxdt+2(y−1)⋅dydtWe plug in x=0, y=2, dxdt=1, dydt=−12, and D=−(0−2)2+(2−1)2=−5 (negative because the point is to the left of (2,1)):−25⋅dDdt=2(−2)(1)+2(1)(−12)dDdt=52 units per second\begin{aligned} D^2&=(x-2)^2+(y-1)^2 \\ \text{Differentiating with respect to $t$:} \\ 2D\cdot\frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}&=2(x-2)\cdot\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}+2(y-1)\cdot\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t} \\ \text{We plug in $x=0$, $y=2$, $\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}=1$, $\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t}=-\frac{1}{2}$, and $D=-\sqrt{(0-2)^2+(2-1)^2}=-\sqrt{5}$ (negative because the point is to the left of $(2,1)$):} \\ -2\sqrt{5}\cdot\frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}&=2(-2)(1)+2(1)\left(-\frac{1}{2}\right)\\ \frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t}&=\frac{\sqrt{5}}{2}~\text{units per second} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.2절 · 21번
# 관련 변화율그래프·표 해석도전자동 분류
60.CLP-1 · 3.2절 · 24번우리말 번역

양 AA, BB, CC, DD는 모두 시간에 따라 변하며, 다음 식으로 서로 관련되어 있습니다. AB=log⁡(C2+D2+1).AB=\log\left(C^2+D^2+1\right). 시각 t=10t=10 일 때, 다음 값이 알려져 있습니다.

  • A=0A=0
  • dAdt=2\displaystyle \frac{\mathrm{d}A}{\mathrm{d}t}=2 (단위/초)

t=10t=10 일 때 BB 를 구하세요.

영어 원문 보기

The quantities AA, BB, CC, and DD all depend on time, and are related by the formula AB=log⁡(C2+D2+1).AB=\log\left(C^2+D^2+1\right). At time t=10t=10, the following values are known:

  • A=0A=0
  • dAdt=2\displaystyle \frac{\mathrm{d}A}{\mathrm{d}t}=2 units per second

What is BB when t=10t=10?

정답·풀이 보기

A=0A=0 이므로, 변수들을 관련짓는 등식에서 다음을 알 수 있다:

0=log⁡(C2+D2+1)1=C2+D2+10=C2+D20=C=D이 정보는 아마 유용할 것이다. 도함수의 값도 주어졌으므로, 변수들을 관련짓는 등식을 t 에 대해 음함수 미분하자. 표기를 간단히 하기 위해 dAdt=A′ 등으로 쓰겠다.A′B+AB′=2CC′+2DD′C2+D2+1t=10 일 때 A=C=D=0 이므로:A′B+0=0+00+0+1A′B=0t=10 일 때 A′=2 (단위/초)이므로:2B=0B=0.\begin{aligned} 0&=\log\left(C^2+D^2+1\right)\\ 1&=C^2+D^2+1\\ 0&=C^2+D^2\\ 0&=C=D \\ \text{이 정보는 아마 유용할 것이다. 도함수의 값도 주어졌으므로, 변수들을 관련짓는 등식을 $t$ 에 대해 음함수 미분하자. 표기를 간단히 하기 위해 $\displaystyle \frac{\mathrm{d}A}{\mathrm{d}t}=A'$ 등으로 쓰겠다.} \\ A'B+AB'&=\frac{2CC'+2DD'}{C^2+D^2+1} \\ \text{$t=10$ 일 때 $A=C=D=0$ 이므로:} \\ A'B+0&=\frac{0+0}{0+0+1}\\ A'B&=0 \\ \text{$t=10$ 일 때 $A'=2$ (단위/초)이므로:} \\ 2B&=0\\ B&=0. \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Since A=0A=0, the equation relating the variables tells us:

0=log⁡(C2+D2+1)1=C2+D2+10=C2+D20=C=DThis will probably be useful information. Since we’re also given the value of a derivative, let’s differentiate the equation relating the variables implicitly with respect to t. For ease of notation, we will write dAdt=A′, etc.A′B+AB′=2CC′+2DD′C2+D2+1At t=10, A=C=D=0:A′B+0=0+00+0+1A′B=0at t=10, A′=2 units per second:2B=0B=0.\begin{aligned} 0&=\log\left(C^2+D^2+1\right)\\ 1&=C^2+D^2+1\\ 0&=C^2+D^2\\ 0&=C=D \\ \text{This will probably be useful information. Since we're also given the value of a derivative, let's differentiate the equation relating the variables implicitly with respect to $t$. For ease of notation, we will write $\displaystyle \frac{\mathrm{d}A}{\mathrm{d}t}=A'$, etc.} \\ A'B+AB'&=\frac{2CC'+2DD'}{C^2+D^2+1} \\ \text{At $t=10$, $A=C=D=0$:} \\ A'B+0&=\frac{0+0}{0+0+1}\\ A'B&=0 \\ \text{at $t=10$, $A'=2$ units per second:} \\ 2B&=0\\ B&=0. \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 4.2절 · 2번
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