문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 적분의 활용

일

변하는 힘이 한 일(용수철, 물 퍼 올리기, 줄 감기)을 적분으로 구한다

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

1문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-2 · 2.1절 · 3번대학 수준우리말 번역

다음 등식을 생각하세요. W=∫abF(x) dxW = \int_a^b F(x)\,\mathrm{d}x 여기서 xx 는 미터(m) 단위로 측정하고, F(x)F(x) 는 킬로그램·미터 매 초 제곱(뉴턴) 단위로 측정합니다.

충분히 큰 어떤 nn 에 대해 다음과 같이 어림할 수 있습니다. W≈∑i=1nF(xi)ΔxW \approx \sum_{i=1}^n F(x_i)\Delta x 여기서 Δx=b−an\Delta x = \frac{b-a}{n} 이고 xix_i 는 구간 [a+(i−1)Δx,a+iΔx][a+(i-1)\Delta x, a+i\Delta x] 안의 어떤 수입니다. (이것은 리만 합의 일반적인 꼴일 뿐입니다.)

(a) Δx\Delta x 의 단위는 무엇인지 구하세요. (b) F(xi)F(x_i) 의 단위는 무엇인지 구하세요. (c) 위의 답을 이용하여 WW 의 단위는 무엇인지 구하세요.

참고: 본문에서 이미 WW 의 단위를 알고 있지만, 리만 합을 통해 이 특정한 적분에서 그 단위가 왜 타당한지 알 수 있습니다.

영어 원문 보기

Consider the equation W=∫abF(x) dxW = \int_a^b F(x)\,\mathrm{d}x where xx is measured in metres and F(x)F(x) is measured in kilogram-metres per second squared (newtons).

For some large nn, we might approximate W≈∑i=1nF(xi)ΔxW \approx \sum_{i=1}^n F(x_i)\Delta x where Δx=b−an\Delta x = \frac{b-a}{n} and xix_i is some number in the interval [a+(i−1)Δx,a+iΔx][a+(i-1)\Delta x, a+i\Delta x]. (This is just the general form of a Riemann sum).

(a) What are the units of Δx\Delta x? (b) What are the units of F(xi)F(x_i)? (c) Using your answers above, what are the units of WW?

Remark: we already know the units of WW from the text, but the Riemann sum illustrates why they make sense arising from this particular integral.

정답·풀이 보기

(a) Δx=b−an\Delta x = \frac{b-a}{n} 으로 정의하였다. 즉, [a,b][a,b] 를 nn 개로 나눌 때 한 구간의 길이이다. bb 와 aa 를 미터로 측정하면 Δx\Delta x 도 미터로 측정된다. 따라서 Δx\Delta x 의 단위는 미터이다.

다르게 말하면, aa 와 bb 가 모두 미터 단위의 양을 나타내므로 b−ab-a 도 미터 단위의 양을 나타낸다. (단위가 같은 양끼리 더하거나 빼면 그 합이나 차도 같은 단위로 주어진다.) nn 은 단위가 없는 양(단순한 수이며 “nn kg” 이나 “nn m” 이 아님)이므로 b−an\frac{b-a}{n} 도 여전히 미터 단위의 양을 나타낸다. (6 미터의 천을 3 조각으로 자르면 각 조각은 63=2\frac{6}{3}=2 미터이다. 2 킬로그램이나 매 초 2 미터가 아니다.) (b) F(x)F(x) 를 킬로그램·미터 매 초 제곱(뉴턴) 단위로 측정하므로 F(xi)F(x_i) 의 단위는 킬로그램·미터 매 초 제곱(뉴턴)이다. (c) WW 는 F(xi)ΔxF(x_i)\Delta x 꼴의 항들을 더하여 구한다. F(xi)ΔxF(x_i)\Delta x 의 단위는 F(xi)F(x_i) 의 단위와 Δx\Delta x 의 단위의 곱이다. 즉, F(xi)ΔxF(x_i)\Delta x 의 단위는 (kg⋅msec2)(m)=kg⋅m2sec2=J\left(\frac{\text{kg}\cdot\text{m}}{\text{sec}^2}\right)\left(\text{m}\right) = \frac{\text{kg}\cdot\text{m}^2}{\text{sec}^2} = J 이다. 줄 단위로 주어진 항들의 합은 그 자체로 줄 단위이므로 WW 의 단위는 줄이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) We defined Δx=b−an\Delta x = \frac{b-a}{n}: that is, the length of one interval, when we chop [a,b][a,b] into nn of them. If bb and aa are measured in metres, then Δx\Delta x is measured in metres as well. So, the units of Δx\Delta x are metres.

Put another way, since aa and bb both describe a quantity in metres, b−ab-a describes a quantity in metres as well. (When we add or subtract quantities of the same units, their sum or difference is given in the same units.) Since nn is a unitless quantity (simply a number: not “nn kg" or “nn m"), b−an\frac{b-a}{n} still describes a quantity in metres. (If I have 6 metres of cloth, and I cut it into 3 pieces, each piece has 63=2\frac{6}{3}=2 metres–not 2 kilograms, or 2 metres per second.) (b) Since F(x)F(x) is measured in kilogram-metres per second squared (newtons), the units of F(xi)F(x_i) are kilogram-metres per second squared (newtons). (c) WW is calculated by adding up summands of the form F(xi)ΔxF(x_i)\Delta x. The units of F(xi)ΔxF(x_i)\Delta x are the products of the units of F(xi)F(x_i) with the units of Δx\Delta x. That is, the units of F(xi)ΔxF(x_i)\Delta x are (kg⋅msec2)(m)=kg⋅m2sec2=J\left(\frac{\text{kg}\cdot\text{m}}{\text{sec}^2}\right)\left(\text{m}\right) = \frac{\text{kg}\cdot\text{m}^2}{\text{sec}^2} = J. The sum of terms given in joules is itself given in joules, so the units of WW are joules.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 2.1절 · 28번
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CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)