문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 적분의 활용

적분의 활용 전체 문제

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11문제 · 1 / 1쪽

1.APEX · 7.3절 · 2번대학 수준우리말 번역

참/거짓: 셸 방법은 와셔 방법이 통하지 않을 때만 사용할 수 있다.

영어 원문 보기

T/F: The Shell Method can only be used when the Washer Method fails.

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# 원통 껍질법개념 확인자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
2.APEX · 7.3절 · 3번대학 수준우리말 번역

참/거짓: 셸 방법은 입체의 단면의 넓이를 적분하는 방식이다.

영어 원문 보기

T/F: The Shell Method works by integrating cross–sectional areas of a solid.

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# 원통 껍질법개념 확인자동 분류
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3.APEX · 7.3절 · 4번대학 수준우리말 번역

참/거짓: 수직인 축을 중심으로 회전시켜 만든 회전체의 부피를 구할 때, 셸 방법에서는 xx 에 대해 적분한다.

영어 원문 보기

T/F: When finding the volume of a solid of revolution that was revolved around a vertical axis, the Shell Method integrates with respect to xx.

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# 원통 껍질법개념 확인자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
4.APEX · 7.5절 · 1번대학 수준우리말 번역

일의 일반적인 단위는 무엇인가요?

영어 원문 보기

What are the typical units of work?

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SI 단위로는 1줄(joule), 즉 1뉴턴·미터이며, kg⋅\cdotm/s2⋅^2\cdotm 이다. 야드·파운드법에서는 ft–lb 이다.

원본 교재 풀이(영어)

In SI units, it is one joule, i.e., one Newton–meter, or kg⋅\cdotm/s2⋅^2\cdotm. In Imperial Units, it is ft–lb.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 7.5절 · 2번
# 일개념 확인자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
5.APEX · 7.5절 · 2번대학 수준우리말 번역

어떤 남자의 질량이 지구에서 80 kg이라면, 달에서 그의 질량은 더 클까요, 더 작을까요, 같을까요?

영어 원문 보기

If a man has a mass of 80 kg on Earth, will his mass on the moon be bigger, smaller, or the same?

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같다.

원본 교재 풀이(영어)

The same.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 7.5절 · 3번
# 일개념 확인자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
6.APEX · 7.5절 · 3번대학 수준우리말 번역

어떤 여자의 몸무게가 지구에서 130 lb라면, 달에서 그녀의 몸무게는 더 클까요, 더 작을까요, 같을까요?

영어 원문 보기

If a woman weighs 130 lb on Earth, will her weight on the moon be bigger, smaller, or the same?

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더 작다.

원본 교재 풀이(영어)

Smaller.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 7.5절 · 14번
# 일개념 확인자동 분류
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7.APEX · 7.5절 · 4번대학 수준우리말 번역

빈칸을 채우세요:

이 절의 어떤 적분은 변수 _____ 에 상수 거리를 곱하여 세우고, 어떤 적분은 상수 힘에 변수 _____ 를 곱하여 세운다.

영어 원문 보기

Fill in the blanks:

Some integrals in this section are set up by multiplying a variable _____ by a constant distance; others are set up by multiplying a constant force by a variable _____.

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힘; 거리

원본 교재 풀이(영어)

force; distance

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 2.1절 · 5번
# 일개념 확인자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
8.APEX · 7.6절 · 1번대학 수준우리말 번역

파스칼의 원리를 자신의 말로 서술하세요.

영어 원문 보기

State in your own words Pascal's Principle.

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답은 다양하다.

원본 교재 풀이(영어)

Answers will vary.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 7.6절 · 20번
# 유체의 압력과 힘개념 확인자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
9.APEX · 7.6절 · 2번대학 수준우리말 번역

압력이 힘과 어떻게 다른지 자신의 말로 서술하세요.

영어 원문 보기

State in your own words how pressure is different from force.

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답은 다양하다.

원본 교재 풀이(영어)

Answers will vary.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 7.6절 · 1번
# 유체의 압력과 힘개념 확인자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
10.CLP-2 · 2.2절 · 28번대학 수준우리말 번역

f(x)f(x) 는 양의 값을 갖는 연속함수이고 lim⁡x→∞f(x)=0\lim\limits_{x \to \infty} f(x)=0 이라 하자. 또 A(x)A(x) 를 [0,x][0,x] 에서 f(x)f(x) 의 평균이라 하자.

lim⁡x→∞A(x)=0\lim\limits_{x \to \infty} A(x) = 0 은 참인지 거짓인지 판단하세요.

영어 원문 보기

Suppose f(x)f(x) is a positive, continuous function with lim⁡x→∞f(x)=0\lim\limits_{x \to \infty} f(x)=0, and let A(x)A(x) be the average of f(x)f(x) on [0,x][0,x].

True or false: lim⁡x→∞A(x)=0\lim\limits_{x \to \infty} A(x) = 0.

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이 명제는 참일 것 같다. xx 가 무한대로 커짐에 따라 ff 가 0에 점점 가까워지면, 시간이 지날수록 뒤쪽의 값들이 우리가 보는 전체 구간에서 차지하는 비중이 점점 커지므로, xx 가 클 때 평균은 f(x)f(x), 즉 0과 점점 비슷해질 것이다. 이는 출발점이 되는 직관일 뿐 엄밀한 논증은 아니다. 놓친 것이 없는지 확인하기 위해 평균의 정의를 이용하여 A(x)A(x) 를 나타내 보자.

A(x)=1x∫0xf(t) dtlim⁡x→∞A(x)=lim⁡x→∞1x∫0xf(t) dt만약 ∫0∞f(t) dt 가 수렴하면 이 극한은 0이므로 명제는 참이다. 그러므로 수렴하지 않는다고 하자. f(x) 가 양수이므로 lim⁡x→∞∫0xf(t) d(t)=∞ 이고, 따라서 로피탈의 정리를 쓸 수 있다. 분자를 미분할 때는 미적분의 기본 정리 1부를 사용한다.lim⁡x→∞A(x)=lim⁡x→∞∫0xf(t) dtx=lim⁡x→∞f(t)1=0\begin{aligned} A(x)&=\frac{1}{x}\int_0^x f(t)\,\mathrm{d}t\\ \lim_{x \to \infty}A(x)&=\lim_{x \to \infty}\frac{1}{x}\int_0^x f(t)\,\mathrm{d}t \\ \text{만약 $\int_0^\infty f(t) \,\mathrm{d}t$ 가 수렴하면 이 극한은 0이므로 명제는 참이다. 그러므로 수렴하지 않는다고 하자. $f(x)$ 가 양수이므로 $\lim\limits_{x \to \infty} \int_0^x f(t)\,\mathrm{d}(t) = \infty$ 이고, 따라서 로피탈의 정리를 쓸 수 있다. 분자를 미분할 때는 미적분의 기본 정리 1부를 사용한다.} \\ \lim_{x \to \infty}A(x)&=\lim_{x \to \infty}\frac{\int_0^x f(t)\,\mathrm{d}t}{x} = \lim_{x \to \infty}\frac{f(t)}{1}=0 \end{aligned}

따라서 ∫0xf(t) dt\int_0^xf(t)\,\mathrm{d}t 가 수렴하든 수렴하지 않든 명제는 참이다.

원본 교재 풀이(영어)

This seems like it might be true: if ff is getting closer and closer to zero, as xx grows towards infinity, then over time the later values will become a larger and larger portion of the total interval we're looking at, and so the average should look more and more like f(x)f(x) when xx is large–that is, like 0. That's some intuition to start us out, but it isn't a rigorous argument. To be sure we haven't overlooked something, let's use the definition of an average to express A(x)A(x).

A(x)=1x∫0xf(t) dtlim⁡x→∞A(x)=lim⁡x→∞1x∫0xf(t) dtIf ∫0∞f(t) dt converges, then this limit is 0, and the statement is true. So, suppose it does not converge. Since f(x) is positive, that means lim⁡x→∞∫0xf(t) d(t)=∞, so we can use l’Hoˆpital’s rule. To differentiate the numerator, we use the Fundamental Theorem of Calculus part 1.lim⁡x→∞A(x)=lim⁡x→∞∫0xf(t) dtx=lim⁡x→∞f(t)1=0\begin{aligned} A(x)&=\frac{1}{x}\int_0^x f(t)\,\mathrm{d}t\\ \lim_{x \to \infty}A(x)&=\lim_{x \to \infty}\frac{1}{x}\int_0^x f(t)\,\mathrm{d}t \\ \text{If $\int_0^\infty f(t) \,\mathrm{d}t$ converges, then this limit is 0, and the statement is true. So, suppose it does not converge. Since $f(x)$ is positive, that means $\lim\limits_{x \to \infty} \int_0^x f(t)\,\mathrm{d}(t) = \infty$, so we can use l'H\^{o}pital's rule. To differentiate the numerator, we use the Fundamental Theorem of Calculus part 1.} \\ \lim_{x \to \infty}A(x)&=\lim_{x \to \infty}\frac{\int_0^x f(t)\,\mathrm{d}t}{x} = \lim_{x \to \infty}\frac{f(t)}{1}=0 \end{aligned}

So, the statement is true whether ∫0xf(t) dt\int_0^xf(t)\,\mathrm{d}t converges or not.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 2.2절 · 25번
# 함수의 평균값개념 확인도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
11.Active Calculus · 6.3절 · 6번대학 수준우리말 번역

단면적이 일정한 두 개의 가는 막대를 생각하세요. 두 막대의 길이는 각각 10 cm 이고, 질량 밀도 함수는 각각 ρ(x)=11+x2\rho(x) = \frac{1}{1+x^2} 과 p(x)=e−0.1xp(x) = e^{-0.1x} 입니다.

(a) 각 막대의 질량을 구하세요. (b) 각 막대의 질량 중심을 구하세요. (c) 이제 질량 밀도 함수가 f(x)=ρ(x)+p(x)f(x) = \rho(x) + p(x) 인 새로운 10 cm 막대를 생각하세요. (i) 추가 계산을 거의 하지 않고도 이 새 막대의 질량을 쉽게 구할 수 있는 방법을 설명하세요. (ii) 마찬가지로, 앞서 계산한 결과를 이용하여 ∫010xf(x) dx\int_0^{10} xf(x) \, dx 를 가능한 한 간단하게 계산하세요. (iii) 이 새 막대의 질량 중심이 앞의 두 막대의 질량 중심의 평균이라는 명제가 참인지 거짓인지 쓰세요. 그렇게 결론 내린 것이 타당한 이유를 적어도 한 문장으로 쓰세요.

영어 원문 보기

Consider two thin bars of constant cross-sectional area, each of length 10 cm, with respective mass density functions ρ(x)=11+x2\rho(x) = \frac{1}{1+x^2} and p(x)=e−0.1xp(x) = e^{-0.1x}.

(a) Find the mass of each bar. (b) Find the center of mass of each bar. (c) Now consider a new 10 cm bar whose mass density function is f(x)=ρ(x)+p(x)f(x) = \rho(x) + p(x). (i) Explain how you can easily find the mass of this new bar with little to no additional work. (ii) Similarly, compute ∫010xf(x) dx\int_0^{10} xf(x) \, dx as simply as possible, in light of earlier computations. (iii) True or false: the center of mass of this new bar is the average of the centers of mass of the two earlier bars. Write at least one sentence to say why your conclusion makes sense.

정답·풀이 보기

(a) 첫 번째 막대의 질량은 M=∫0aρ(x) dxM = \int_0^a \rho(x) \, dx 에 a=10a = 10, ρ(x)=11+x2\rho(x) = \frac{1}{1+x^2} 을 대입하여 구한다. 따라서 첫 번째 막대의 질량은 M1=∫01011+x2 dx=arctan⁡(x)∣010 ,M_1 = \int_0^{10} \frac{1}{1+x^2} \, dx = \left. \arctan(x) \right|_0^{10}\,, 이므로 M1=arctan⁡(10)≈1.47113M_1 = \arctan(10) \approx 1.47113 이다. 두 번째 막대도 같은 방법으로 계산하면 질량은 M2=∫010e−0.1x dx=−10e−0.1x∣010 ,M_2 = \int_0^{10} e^{-0.1x} \, dx = \left. -10e^{-0.1x} \right|_0^{10}\,, 이므로 M2=10−10e−1≈6.32121M_2 = 10 - 10e^{-1} \approx 6.32121 이다. (b) 각 막대의 질량 중심은 다음의 기본 공식을 이용하여 구한다. x‾=∫010xρ(x) dx∫010ρ(x) dx .\overline{x} = \frac{\int_0^{10} x \rho(x) \, dx}{\int_0^{10} \rho(x) \, dx}\,. 각 질량 분포에 대해 분모는 이미 계산했으므로 분자만 계산하면 된다. 다음이 성립함을 어렵지 않게 보일 수 있다. ∫010x11+x2 dx=12ln⁡(101)≈2.30756 ,\int_0^{10} x \frac{1}{1+x^2} \, dx = \frac{1}{2} \ln(101) \approx 2.30756\,, 따라서 첫 번째 막대의 질량 중심은 x1‾=arctan⁡(10)12ln⁡(101)≈2.307561.47113≈1.56857\overline{x_1} = \frac{\arctan(10)}{\frac{1}{2}\ln(101)} \approx \frac{2.30756}{1.47113} \approx 1.56857 이다. 두 번째 막대에서는 ∫010xe−0.1x dx=100−200e−1≈26.42411 ,\int_0^{10} x e^{-0.1x} \, dx = 100-200e^{-1} \approx 26.42411\,, 이므로 질량 중심은 x2‾=10−10e−1100−200e−1≈26.424116.32121≈4.18023\overline{x_2} = \frac{10 - 10e^{-1}}{100-200e^{-1}} \approx \frac{26.42411}{6.32121} \approx 4.18023 이다. (c) 질량 밀도 함수가 f(x)=ρ(x)+p(x)f(x) = \rho(x) + p(x) 인 새로운 10 cm 막대를 생각한다. (i) 이 새 막대의 질량은 M=∫010(ρ(x)+p(x)) dxM = \int_0^{10} (\rho(x) + p(x)) \, dx 이다. 정적분의 덧셈 성질을 이용하면 M=∫010ρ(x) dx+∫010p(x) dx≈1.47113+6.32121=7.79234M = \int_0^{10} \rho(x) \, dx + \int_0^{10} p(x) \, dx \approx 1.47113 + 6.32121 = 7.79234 이다. (ii) ∫010xf(x) dx\int_0^{10} xf(x) \, dx 에도 같은 방법을 적용하면 ∫010x(ρ(x)+p(x))) dx=∫010xρ(x) dx+∫010xp(x) dx≈2.30756+26.42411=28.73167\int_0^{10} x(\rho(x) + p(x))) \, dx = \int_0^{10} x \rho(x) \, dx + \int_0^{10} x p(x) \, dx \approx 2.30756 + 26.42411 = 28.73167 이다. (iii) 거짓이다. 새 막대의 질량 중심은 x‾=∫010x(ρ(x)+p(x)) dx∫010(ρ(x)+p(x)) dx≈2.30756+26.424111.47113+6.32121=3.68717\overline{x} = \frac{\int_0^{10} x(\rho(x) + p(x)) \, dx}{\int_0^{10} (\rho(x) + p(x)) \, dx} \approx \frac{2.30756 + 26.42411}{1.47113 + 6.32121} = 3.68717 이고, 두 막대의 질량 중심의 평균은 x1‾+x2‾2≈2.307561.47113+26.424116.321212=2.8744\frac{\overline{x_1} + \overline{x_2}}{2} \approx \frac{\frac{2.30756}{1.47113} + \frac{26.42411}{6.32121}}{2} = 2.8744 이다. 계산으로 결론이 증명되지만, 직관적으로도 이해할 수 있다. 평균은 두 막대를 똑같은 비중으로 취급하여, 한 막대의 질량이 다른 막대보다 훨씬 크다는 점을 고려하지 않는다. 실제로 질량 중심을 올바르게 계산하려면 가중평균이 필요하며, 앞의 (i)과 (ii)의 계산이 바로 그 일을 한다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) To find the mass of the first bar, we use the fact that M=∫0aρ(x) dxM = \int_0^a \rho(x) \, dx, with a=10a = 10 and ρ(x)=11+x2\rho(x) = \frac{1}{1+x^2}. Thus, the mass of the first bar is M1=∫01011+x2 dx=arctan⁡(x)∣010 ,M_1 = \int_0^{10} \frac{1}{1+x^2} \, dx = \left. \arctan(x) \right|_0^{10}\,, so M1=arctan⁡(10)≈1.47113M_1 = \arctan(10) \approx 1.47113. Similar computations for the second bar shows that its mass is M2=∫010e−0.1x dx=−10e−0.1x∣010 ,M_2 = \int_0^{10} e^{-0.1x} \, dx = \left. -10e^{-0.1x} \right|_0^{10}\,, so M2=10−10e−1≈6.32121M_2 = 10 - 10e^{-1} \approx 6.32121. (b) To find the center of mass of each bar, we use the standard formula: x‾=∫010xρ(x) dx∫010ρ(x) dx .\overline{x} = \frac{\int_0^{10} x \rho(x) \, dx}{\int_0^{10} \rho(x) \, dx}\,. Having already evaluated the denominator for each mass distribution, we simply need to compute the numerator. It is straightforward to show that ∫010x11+x2 dx=12ln⁡(101)≈2.30756 ,\int_0^{10} x \frac{1}{1+x^2} \, dx = \frac{1}{2} \ln(101) \approx 2.30756\,, so the first bar's center of mass is x1‾=arctan⁡(10)12ln⁡(101)≈2.307561.47113≈1.56857 .\overline{x_1} = \frac{\arctan(10)}{\frac{1}{2}\ln(101)} \approx \frac{2.30756}{1.47113} \approx 1.56857\,. For the second bar, ∫010xe−0.1x dx=100−200e−1≈26.42411 ,\int_0^{10} x e^{-0.1x} \, dx = 100-200e^{-1} \approx 26.42411\,, so its center of mass is x2‾=10−10e−1100−200e−1≈26.424116.32121≈4.18023 .\overline{x_2} = \frac{10 - 10e^{-1}}{100-200e^{-1}} \approx \frac{26.42411}{6.32121} \approx 4.18023\,. (c) Consider a new 10 cm bar whose mass density function is f(x)=ρ(x)+p(x)f(x) = \rho(x) + p(x). (i) The mass of this new bar is M=∫010(ρ(x)+p(x)) dxM = \int_0^{10} (\rho(x) + p(x)) \, dx. Using the additive property of the definite integral, M=∫010ρ(x) dx+∫010p(x) dx≈1.47113+6.32121=7.79234 .M = \int_0^{10} \rho(x) \, dx + \int_0^{10} p(x) \, dx \approx 1.47113 + 6.32121 = 7.79234\,. (ii) Applying the same idea to ∫010xf(x) dx\int_0^{10} xf(x) \, dx, we have ∫010x(ρ(x)+p(x))) dx=∫010xρ(x) dx+∫010xp(x) dx≈2.30756+26.42411=28.73167 .\int_0^{10} x(\rho(x) + p(x))) \, dx = \int_0^{10} x \rho(x) \, dx + \int_0^{10} x p(x) \, dx \approx 2.30756 + 26.42411 = 28.73167\,. (iii) False. The center of mass of the new bar is x‾=∫010x(ρ(x)+p(x)) dx∫010(ρ(x)+p(x)) dx≈2.30756+26.424111.47113+6.32121=3.68717\overline{x} = \frac{\int_0^{10} x(\rho(x) + p(x)) \, dx}{\int_0^{10} (\rho(x) + p(x)) \, dx} \approx \frac{2.30756 + 26.42411}{1.47113 + 6.32121} = 3.68717 while the average of the two bars' centers of mass is x1‾+x2‾2≈2.307561.47113+26.424116.321212=2.8744 .\frac{\overline{x_1} + \overline{x_2}}{2} \approx \frac{\frac{2.30756}{1.47113} + \frac{26.42411}{6.32121}}{2} = 2.8744\,. Although the computations prove the conclusion, the result is also intuitive: the average treats the two bars as equal contributors and doesn't take into account that one bar has much more mass than the other. Indeed, a weighted average is needed to correctly compute the center of mass, which is what our earlier computations in (i) and (ii) accomplish.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 6.3절 · 7번
# 밀도·질량과 질량중심개념 확인자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)