문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 적분법

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

131문제 · 7 / 7쪽

121.CLP-2 · 1.5절 · 1번우리말 번역

x=0x=0 에서 x=πx=\pi 까지 y=cos⁡xy=\cos x 와 y=sin⁡xy=\sin x 의 그래프 사이의 넓이를 직사각형 n=4n=4 개를 사용한 왼쪽 리만 합으로 어림하려고 한다.

(a) 아래 그래프에 네 개의 직사각형을 그리세요. (b) 리만 합으로 어림한 값을 계산하세요.

그림

영어 원문 보기

We want to approximate the area between the graphs of y=cos⁡xy=\cos x and y=sin⁡xy=\sin x from x=0x=0 to x=πx=\pi using a left Riemann sum with n=4n=4 rectangles.

(a) On the graph below, sketch the four rectangles. (b) Calculate the Riemann approximation.

figure

정답·풀이 보기

그림

직사각형의 구간은 [0,π4][0,\frac{\pi}{4}], [π4,π2][\frac{\pi}{4},\frac{\pi}{2}], [π2,3π4][\frac{\pi}{2},\frac{3\pi}{4}], [3π4,π][\frac{3\pi}{4},\pi] 이다. 왼쪽 리만 합을 구하므로 각 구간의 왼쪽 끝점에서 직사각형의 높이를 구한다.

  • x=0x = 0: cos⁡0\cos 0 에서 sin⁡0\sin 0 까지의 거리는 1이므로 첫 번째 직사각형의 높이는 1이다.
  • x=π4x = \frac{\pi}{4}: cos⁡π4\cos \frac{\pi}{4} 에서 sin⁡π4\sin \frac{\pi}{4} 까지의 거리는 0이므로 두 번째 직사각형의 높이는 0이다.
  • x=π2x = \frac{\pi}{2}: cos⁡π2\cos \frac{\pi}{2} 에서 sin⁡π2\sin \frac{\pi}{2} 까지의 거리는 1이므로 세 번째 직사각형의 높이는 1이다.
  • x=3π4x = \frac{3\pi}{4}: cos⁡3π4\cos \frac{3\pi}{4} 에서 sin⁡3π4\sin \frac{3\pi}{4} 까지의 거리는 sin⁡(3π/4)−cos⁡(3π/4)=12−(−12)=2\sin(3\pi/4)-\cos(3\pi/4) =\frac{1}{\sqrt{2}}-\left(-\frac{1}{\sqrt{2}}\right)=\sqrt{2} 이므로 네 번째 직사각형의 높이는 2\sqrt{2} 이다.

따라서 두 곡선 사이의 넓이의 근삿값은 π4(1+0+1+2)=π4(2+2)\frac{\pi}{4}\left(1+0+1+\sqrt{2}\right)=\frac{\pi}{4}\left(2+\sqrt{2}\right)

원본 교재 풀이(영어)

figure

The intervals of our rectangles are [0,π4][0,\frac{\pi}{4}], [π4,π2][\frac{\pi}{4},\frac{\pi}{2}], [π2,3π4][\frac{\pi}{2},\frac{3\pi}{4}], and [3π4,π][\frac{3\pi}{4},\pi]. Since we're taking a left Riemann sum, we find the height of the rectangles at the left endpoints of the intervals.

  • x=0x = 0: The distance from cos⁡0\cos 0 to sin⁡0\sin 0 is 1, so our first rectangle has height 1.
  • x=π4x = \frac{\pi}{4}: The distance from cos⁡π4\cos \frac{\pi}{4} to sin⁡π4\sin \frac{\pi}{4} is 0, so our second rectangle has height 0.
  • x=π2x = \frac{\pi}{2}: The distance from cos⁡π2\cos \frac{\pi}{2} to sin⁡π2\sin \frac{\pi}{2} is 1, so our third rectangle has height 1.
  • x=3π4x = \frac{3\pi}{4}: The distance from cos⁡3π4\cos \frac{3\pi}{4} to sin⁡3π4\sin \frac{3\pi}{4} is sin⁡(3π/4)−cos⁡(3π/4)=12−(−12)=2\sin(3\pi/4)-\cos(3\pi/4) =\frac{1}{\sqrt{2}}-\left(-\frac{1}{\sqrt{2}}\right)=\sqrt{2} , so our fourth rectangle has height 2\sqrt{2}.

So, our approximation for the area between the two curves is π4(1+0+1+2)=π4(2+2)\frac{\pi}{4}\left(1+0+1+\sqrt{2}\right)=\frac{\pi}{4}\left(2+\sqrt{2}\right)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 6.1절 · 1번
# 넓이(여러 가지 함수)그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
122.CLP-2 · 1.5절 · 2번우리말 번역

곡선 y=arcsin⁡(2xπ)y=\arcsin\left(\dfrac{2x}{\pi}\right) 와 y=πx2y=\sqrt{\dfrac{\pi x}{2}} 사이의 유계 영역의 넓이를 n=5n=5 개의 직사각형을 사용하여 어림하려고 합니다.

(a) 아래 그림에 오른쪽 리만 합에 해당하는 (세로) 직사각형 다섯 개를 그리세요. (b) 가로 직사각형을 사용한다면 쓸 수 있는 직사각형 다섯 개를 아래 그림에 그리세요.

그림

영어 원문 보기

We want to approximate the bounded area between the curves y=arcsin⁡(2xπ)y=\arcsin\left(\dfrac{2x}{\pi}\right) and y=πx2y=\sqrt{\dfrac{\pi x}{2}} using n=5n=5 rectangles.

(a) Draw the five (vertical) rectangles on the picture below corresponding to a right Riemann sum. (b) Draw five rectangles on the picture below we might use if we were using horizontal rectangles.

figure

정답·풀이 보기

(a) x=0x=0 에서 x=π2x=\frac{\pi}{2} 까지의 구간에서 넓이를 구하고 있다. n=5n=5 개의 직사각형을 사용하므로 직사각형은 다음 구간들을 덮는다. [0,π10],[π10,π5],[π5,3π10],[3π10,2π5],[2π5,π2].\left[0,\frac{\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{\pi}{10},\frac{\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{\pi}{5},\frac{3\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{3\pi}{10},\frac{2\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{2\pi}{5},\frac{\pi}{2}\right].

그림 (b) y=0y=0 에서 y=π2y=\frac{\pi}{2} 까지의 구간에서 넓이를 구하고 있다. (일반적으로 가로 직사각형에서 세로 직사각형으로 바꾸면 적분 구간의 끝점이 달라진다. 이 예에서 같은 것은 우연일 뿐이다.) n=5n=5 개의 직사각형을 사용하므로 이 직사각형들은 yy축의 다음 구간들을 덮는다. [0,π10],[π10,π5],[π5,3π10],[3π10,2π5],[2π5,π2].\left[0,\frac{\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{\pi}{10},\frac{\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{\pi}{5},\frac{3\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{3\pi}{10},\frac{2\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{2\pi}{5},\frac{\pi}{2}\right].

문제에서 어느 쪽 끝점을 사용할지 정하지 않았다. (a)와 맞추어 위쪽 끝점을 사용하자.

그림

원본 교재 풀이(영어)

(a) We are finding the area in the interval from x=0x=0 to x=π2x=\frac{\pi}{2}. Since we're taking n=5n=5 rectangles, our rectangles cover the following intervals: [0,π10],[π10,π5],[π5,3π10],[3π10,2π5],[2π5,π2].\left[0,\frac{\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{\pi}{10},\frac{\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{\pi}{5},\frac{3\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{3\pi}{10},\frac{2\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{2\pi}{5},\frac{\pi}{2}\right].

figure (b) We are finding the area in the interval from y=0y=0 to y=π2y=\frac{\pi}{2}. (In general, when we switch from horizontal rectangles to vertical, the limits of integration will change–it's only coincidence that they are the same in this example.) Since we're taking n=5n=5 rectangles, these rectangles cover the following intervals of the yy-axis: [0,π10],[π10,π5],[π5,3π10],[3π10,2π5],[2π5,π2].\left[0,\frac{\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{\pi}{10},\frac{\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{\pi}{5},\frac{3\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{3\pi}{10},\frac{2\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{2\pi}{5},\frac{\pi}{2}\right].

The question doesn't specify which endpoints we're using. Let's use upper endpoints, to match part (a).

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.5절 · 1번
# 넓이(여러 가지 함수)그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
123.CLP-2 · 1.5절 · 7번우리말 번역

f(x)=1(2x−4)2f (x) = \dfrac{1}{(2x-4)^2} 의 그래프와 xx축으로 유계인 영역 중 x=0x = 0 과 x=1x = 1 사이에 있는 영역의 넓이를 구하세요.

영어 원문 보기

Find the area of the region bounded by the graph of f(x)=1(2x−4)2f (x) = \dfrac{1}{(2x-4)^2} and the xx–axis between x=0x = 0 and x=1x = 1.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

그림

곡선 y=1(2x−4)2y= \frac{1}{(2x-4)^2} 과 xx축 사이의 넓이에서 xx 가 a=0a=0 부터 b=1b=1 까지 움직일 때, 이 넓이는 바로 1(2x−4)2\frac{1}{(2x-4)^2} 의 00 에서 11 까지의 정적분과 같다.

Area=∫01dx(2x−4)2u=2x−4,du=2 dx=12∫−4−21u2du=12[−1u]u=−4u=−2=12[12−14]=18\begin{aligned} \text{Area}&=\int_0^1 \frac{\mathrm{d}x}{(2x-4)^2}&u=2x-4,\quad\mathrm{d}u=2\ \mathrm{d}x\\ &=\frac{1}{2}\int_{-4}^{-2}\frac{1}{u^2}\mathrm{d}u = \frac{1}{2}\left[\frac{-1}{u}\right]_{u=-4}^{u=-2}\\ &=\frac{1}{2}\Big[\frac{1}{2}-\frac{1}{4}\Big] =\frac{1}{8} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

figure

The area between the curve y=1(2x−4)2y= \frac{1}{(2x-4)^2} and the xx-axis, with xx running from a=0a=0 to b=1b=1, is exactly the definite integral of 1(2x−4)2\frac{1}{(2x-4)^2} with limits 00 and 11.

Area=∫01dx(2x−4)2u=2x−4,du=2 dx=12∫−4−21u2du=12[−1u]u=−4u=−2=12[12−14]=18\begin{aligned} \text{Area}&=\int_0^1 \frac{\mathrm{d}x}{(2x-4)^2}&u=2x-4,\quad\mathrm{d}u=2\ \mathrm{d}x\\ &=\frac{1}{2}\int_{-4}^{-2}\frac{1}{u^2}\mathrm{d}u = \frac{1}{2}\left[\frac{-1}{u}\right]_{u=-4}^{u=-2}\\ &=\frac{1}{2}\Big[\frac{1}{2}-\frac{1}{4}\Big] =\frac{1}{8} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 6.1절 · 7번
# 넓이(여러 가지 함수)그래프·표 해석보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
124.CLP-2 · 1.5절 · 14번우리말 번역

아래 그래프는 y=4+πsin⁡xy = 4 + \pi \sin x 와 y=4+2π−2xy = 4 + 2\pi - 2x 로 둘러싸인 유한한 영역을 나타낸다.

그림

이 영역의 넓이를 구하세요.

영어 원문 보기

The graph below shows the finite region between y=4+πsin⁡xy = 4 + \pi \sin x and y=4+2π−2xy = 4 + 2\pi - 2x.

figure

Find the area of this region.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

아래 그림과 같이 가늘고 긴 세로 띠를 이용하여 넓이를 계산한다.

그림

위 그림을 보면 직선 y=4+2π−2xy = 4 + 2\pi - 2x 가 곡선 y=4+πsin⁡xy = 4 + \pi \sin x 와 x=π2,x=\frac{\pi}{2}, x=πx=\pi, x=3π2x=\frac{3\pi}{2} 에서 만난다고 짐작할 수 있다. 이것이 맞는지 두 식에 각각 대입하여 yy 값이 일치하는지 확인하자.

x4+2π−2x4+πsin⁡(x)일치?π24+π4+π✓π44✓3π24−π4−π✓\begin{array}{|c|c|c|c|}\hline x & 4+2\pi-2x & 4+\pi\sin(x) & \text{일치?} \\ \hline \frac{\pi}{2} & 4+\pi & 4+\pi & \text{\checkmark} \\ \hline \pi & 4 & 4 & \text{\checkmark} \\ \hline \frac{3\pi}{2} & 4-\pi & 4-\pi & \text{\checkmark} \\ \hline \end{array}

또 그림에서 다음을 알 수 있다.

  • π2≤x≤π\frac{\pi}{2} \le x \le \pi 일 때, 띠의 위쪽 끝은 y=4+πsin⁡xy = 4 + \pi \sin x 에 있고 아래쪽 끝은 y=4+2π−2xy = 4 + 2\pi - 2x 에 있다. 따라서 띠의 높이는 [(4+πsin⁡x)−(4+2π−2x)]\big[(4 + \pi \sin x)-(4 + 2\pi - 2x)\big] 이고 너비는 dx\mathrm{d}x 이므로 넓이는 [(4+πsin⁡x)−(4+2π−2x)]dx\big[(4 + \pi \sin x)-(4 + 2\pi - 2x)\big]\mathrm{d}x 이다.
  • π≤x≤3π2\pi \le x \le \frac{3\pi}{2} 일 때, 띠의 위쪽 끝은 y=4+2π−2xy = 4 + 2\pi - 2x 에 있고 아래쪽 끝은 y=4+πsin⁡xy = 4 + \pi \sin x 에 있다. 따라서 띠의 높이는 [(4+2π−2x)−(4+πsin⁡x)]\big[(4 + 2\pi - 2x)-(4 + \pi \sin x)\big] 이고 너비는 dx\mathrm{d}x 이므로 넓이는 [(4+2π−2x)−(4+πsin⁡x)]dx\big[(4 + 2\pi - 2x)-(4 + \pi \sin x)\big]\mathrm{d}x 이다.

이제 계산하면 다음과 같다.

넓이=∫π/2π[(4+πsin⁡x)−(4+2π−2x)] dx+∫π3π/2[(4+2π−2x)−(4+πsin⁡x)] dx=∫π/2π[πsin⁡x−2π+2x] dx+∫π3π/2[2π−2x−πsin⁡x] dx=[−πcos⁡x−2πx+x2]π/2π+[2πx−x2+πcos⁡x]π3π/2=[π−π2+34π2]+[π2−54π2+π]=2[π−14π2]\begin{aligned} \text{넓이} &= \int_{\pi/2}^\pi \big[(4 + \pi \sin x)-(4 + 2\pi - 2x)\big]\ \mathrm{d}x +\int^{3\pi/2}_\pi \big[(4 + 2\pi - 2x)-(4 + \pi \sin x)\big]\ \mathrm{d}x\\ &= \int_{\pi/2}^\pi \big[\pi \sin x- 2\pi + 2x\big]\ \mathrm{d}x +\int^{3\pi/2}_\pi \big[2\pi - 2x- \pi \sin x\big]\ \mathrm{d}x\\ &=\Big[-\pi \cos x- 2\pi x + x^2\Big]_{\pi/2}^\pi +\Big[2\pi x - x^2+ \pi \cos x\Big]^{3\pi/2}_\pi\\ &=\left[\pi-\pi^2+\frac{3}{4}\pi^2\right] +\left[\pi^2-\frac{5}{4}\pi^2+\pi\right]\\ &=2\Big[\pi-\frac{1}{4}\pi^2\Big] \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We will compute the area by using thin vertical strips, as in the sketch below:

figure

By looking at the sketch above, we guess the line y=4+2π−2xy = 4 + 2\pi - 2x intersects the curve y=4+πsin⁡xy = 4 + \pi \sin x when x=π2,x=\frac{\pi}{2}, x=πx=\pi, and x=3π2x=\frac{3\pi}{2}. Let's make sure these are correct by plugging them into the two equations, and making sure the yy-values match:

x4+2π−2x4+πsin⁡(x)match?π24+π4+π✓π44✓3π24−π4−π✓\begin{array}{|c|c|c|c|}\hline x & 4+2\pi-2x & 4+\pi\sin(x) & \text{match?} \\ \hline \frac{\pi}{2} & 4+\pi & 4+\pi & \text{\checkmark} \\ \hline \pi & 4 & 4 & \text{\checkmark} \\ \hline \frac{3\pi}{2} & 4-\pi & 4-\pi & \text{\checkmark} \\ \hline \end{array}

Also from the sketch, we see that:

  • When π2≤x≤π\frac{\pi}{2} \le x \le \pi, the top of the strip is at y=4+πsin⁡xy = 4 + \pi \sin x and the bottom of the strip is at y=4+2π−2xy = 4 + 2\pi - 2x. So the strip has height [(4+πsin⁡x)−(4+2π−2x)]\big[(4 + \pi \sin x)-(4 + 2\pi - 2x)\big] and width dx\mathrm{d}x, and hence area [(4+πsin⁡x)−(4+2π−2x)]dx\big[(4 + \pi \sin x)-(4 + 2\pi - 2x)\big]\mathrm{d}x.
  • When π≤x≤3π2\pi \le x \le \frac{3\pi}{2}, the top of the strip is at y=4+2π−2xy = 4 + 2\pi - 2x and the bottom of the strip is at y=4+πsin⁡xy = 4 + \pi \sin x. So the strip has height [(4+2π−2x)−(4+πsin⁡x)]\big[(4 + 2\pi - 2x)-(4 + \pi \sin x)\big] and width dx\mathrm{d}x, and hence area [(4+2π−2x)−(4+πsin⁡x)]dx\big[(4 + 2\pi - 2x)-(4 + \pi \sin x)\big]\mathrm{d}x.

Now we can calculate:

Area=∫π/2π[(4+πsin⁡x)−(4+2π−2x)] dx+∫π3π/2[(4+2π−2x)−(4+πsin⁡x)] dx=∫π/2π[πsin⁡x−2π+2x] dx+∫π3π/2[2π−2x−πsin⁡x] dx=[−πcos⁡x−2πx+x2]π/2π+[2πx−x2+πcos⁡x]π3π/2=[π−π2+34π2]+[π2−54π2+π]=2[π−14π2]\begin{aligned} \text{Area} &= \int_{\pi/2}^\pi \big[(4 + \pi \sin x)-(4 + 2\pi - 2x)\big]\ \mathrm{d}x +\int^{3\pi/2}_\pi \big[(4 + 2\pi - 2x)-(4 + \pi \sin x)\big]\ \mathrm{d}x\\ &= \int_{\pi/2}^\pi \big[\pi \sin x- 2\pi + 2x\big]\ \mathrm{d}x +\int^{3\pi/2}_\pi \big[2\pi - 2x- \pi \sin x\big]\ \mathrm{d}x\\ &=\Big[-\pi \cos x- 2\pi x + x^2\Big]_{\pi/2}^\pi +\Big[2\pi x - x^2+ \pi \cos x\Big]^{3\pi/2}_\pi\\ &=\left[\pi-\pi^2+\frac{3}{4}\pi^2\right] +\left[\pi^2-\frac{5}{4}\pi^2+\pi\right]\\ &=2\Big[\pi-\frac{1}{4}\pi^2\Big] \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.5절 · 15번
# 넓이(여러 가지 함수)그래프·표 해석도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
125.CLP-2 · 1.6절 · 2번우리말 번역

두 도예가가 높이가 hh 단위인 점토 덩어리와 똑같은 정사각형 쿠키 커터를 가지고 시작한다. 이들은 정사각형 쿠키 커터를 점토 위에서 곧바로 눌러 내려, 단면이 쿠키 커터와 같은 정사각형인 기둥을 만든다. 도예가 A는 점토 덩어리가 탁자 위에 가만히 놓여 있는 상태에서 쿠키 커터를 눌러 내리고, 도예가 B는 점토 덩어리가 물레 위에서 회전하는 상태에서 쿠키 커터를 눌러 내리므로 기둥이 비틀려 보인다. 어느 기둥의 부피가 더 큰가?

그림

그림

영어 원문 보기

Two potters start with a block of clay hh units tall, and identical square cookie cutters. They form columns by pushing the square cookie cutter straight down over the clay, so that its cross-section is the same square as the cookie cutter. Potter A pushes their cookie cutter down while their clay block is sitting motionless on a table; Potter B pushes their cookie cutter down while their clay block is rotating on a potter's wheel, so their column looks twisted. Which column has greater volume?

figure

figure

정답·풀이 보기

두 기둥의 부피는 같다. 기둥을 수평 단면으로 잘게 나누어 보면 알 수 있다. 각 단면의 넓이는 쿠키 커터의 넓이 AA 와 같고 높이는 dy\mathrm{d}y 이다. 그러면 두 경우 모두 기둥의 부피는 ∫0hA dy=hA 세제곱단위\int_{0}^h A~\mathrm{d}y = hA \text{ 세제곱단위} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The columns have the same volume. We can see this by chopping up the columns into horizontal cross-sections. Each cross-section has the same area as the cookie cutter, AA, and height dy\mathrm{d}y. Then in both cases, the volume of the column is ∫0hA dy=hA cubic units\int_{0}^h A~\mathrm{d}y = hA \text{ cubic units}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.6절 · 3번
# 입체도형의 부피그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
126.CLP-2 · 1.6절 · 3번우리말 번역

RR 를 아래 그림에 나타낸 y=f(x)y=f(x) 의 그래프로 위쪽이 막히고 xx축으로 아래쪽이 막힌, x=0x=0 에서 x=6x=6 까지의 영역이라고 하자. RR 를 yy축을 중심으로 회전시켜 만들어지는 와셔(워셔 모양의 속이 빈 원판)들을 그리세요. 스케치에 모든 반지름을 yy 에 대한 식으로 표시하고, 두께도 표시하세요.

그림

영어 원문 보기

Let RR be the region bounded above by the graph of y=f(x)y=f(x) shown below and bounded below by the xx-axis, from x=0x=0 to x=6x=6. Sketch the washers that are formed by rotating RR about the yy-axis. In your sketch, label all the radii in terms of yy, and label the thickness.

figure

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 는 구간별로 정의된 일차함수이므로 그래프에서 각 구간의 식을 구할 수 있다. 반지름은 xx의 값으로 정해지므로, 아래에서는 xx의 값을 yy 에 대한 함수로 나타낸다.

그림

그림의 영역을 yy축을 중심으로 회전시킨다고 생각하면 두 종류의 와셔가 만들어진다. y<1y<1 일 때는 중심이 같은 두 개의 고리, 즉 "이중 와셔"가 생기고, y>1y>1 일 때는 고리가 하나 생긴다.

  • 1<y≤6\mathbf{1<y \le 6} 일 때의 와셔: y>1y>1 이면 와셔의 안쪽 반지름은 2+23y2+\frac{2}{3}y, 바깥쪽 반지름은 6−23y6-\frac{2}{3}y, 높이는 dy\mathrm{d}y 이다.

그림

  • 0≤y<1\mathbf{0\le y <1} 일 때의 와셔: 0≤y<10 \le y < 1 이면 함수의 두 "봉우리"에 대응하는, 중심이 같은 두 개의 고리, 즉 "이중 와셔"가 생긴다. 안쪽 와셔의 안쪽 반지름은 r1=yr_1=y, 바깥쪽 반지름은 R1=2−yR_1=2-y 이다. 바깥쪽 와셔의 안쪽 반지름은 r2=2+23yr_2=2+\frac{2}{3}y, 바깥쪽 반지름은 R2=6−23yR_2=6-\frac{2}{3}y 이다. 와셔의 두께는 dy\mathrm{d}y 이다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

Notice f(x)f(x) is a piecewise linear function, so we can find explicit equations for each of its pieces from the graph. The radii will be determined by the xx-values, so below we give the xx-values as functions of yy.

figure

If we imagine rotating the region from the picture about the yy-axis, there will be two kinds of washers formed: when y<1y<1, we have a “double washer," two concentric rings. When y>1y>1, we have a single ring.

  • Washers when 1<y≤6\mathbf{1<y \le 6}: If y>1y>1, then our washer has inner radius 2+23y2+\frac{2}{3}y, outer radius 6−23y6-\frac{2}{3}y, and height dy\mathrm{d}y.

figure

  • Washers when 0≤y<1\mathbf{0\le y <1}: When 0≤y<10 \le y < 1, we have a “double washer," two concentric rings corresponding to the two “humps" in the function. The inner washer has inner radius r1=yr_1=y and outer radius R1=2−yR_1=2-y. The outer washer has inner radius r2=2+23yr_2=2+\frac{2}{3}y and outer radius R2=6−23yR_2=6-\frac{2}{3}y. The thickness of the washers is dy\mathrm{d}y.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.6절 · 13번
# 입체도형의 부피그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
127.Active Calculus · 4.2절 · 8번우리말 번역

함수 f(x)=3x+4f(x) = 3x + 4 를 생각하세요.

(a) 구간 [2,5][2,5] 에서 y=f(x)y=f(x) 에 대한 M4M_4 를 구하세요. Δx\Delta x 의 값과 x0,x1,…,x4x_0, x_1, \ldots, x_4 의 위치를 분명하게 밝히세요. 함수의 그래프와 합에 사용된 직사각형들을 정확하게 그려 넣으세요. (b) 익숙한 기하 공식을 사용하여, [2,5][2,5] 에서 y=f(x)y = f(x) 와 xx축으로 유계인 영역의 넓이의 정확한 값을 구하세요. (c) (a)와 (b)에서 구한 값이 같게 나오는 이유를 설명하세요. n=4n = 4 가 아닌 다른 수를 사용하여 MnM_n 을 구해도 이것이 참일까요? L4L_4 나 R4R_4 는 (b)에서 구한 영역의 정확한 넓이와 같은 값을 가질까요? (d) 구간 [a,b][a,b] 에서 함수 gg 와 xx축 사이에 유계인 부호 있는 순넓이를, nn 의 값에 상관없이 MnM_n 이 항상 정확하게 주는 함수 gg 들의 모임을 설명하세요.

영어 원문 보기

Consider the function f(x)=3x+4f(x) = 3x + 4.

(a) Compute M4M_4 for y=f(x)y=f(x) on the interval [2,5][2,5]. Be sure to clearly identify the value of Δx\Delta x, as well as the locations of x0,x1,…,x4x_0, x_1, \ldots, x_4. Include a careful sketch of the function and the corresponding rectangles being used in the sum. (b) Use a familiar geometric formula to determine the exact value of the area of the region bounded by y=f(x)y = f(x) and the xx-axis on [2,5][2,5]. (c) Explain why the values you computed in (a) and (b) turn out to be the same. Will this be true if we use a number different than n=4n = 4 and compute MnM_n? Will L4L_4 or R4R_4 have the same value as the exact area of the region found in (b)? (d) Describe the collection of functions gg for which it will always be the case that MnM_n, regardless of the value of nn, gives the exact net signed area bounded between the function gg and the xx-axis on the interval [a,b][a,b].

정답·풀이 보기

(a) [2,5][2,5] 에서 부분구간을 44개 사용하므로 △x=5−24=0.75\triangle x = \frac{5-2}{4} = 0.75 이다. 따라서 x0=2x_0 = 2, x1=2.75x_1 = 2.75, x2=3.5x_2 = 3.5, x3=4.25x_3 = 4.25, 그리고 x4=5x_4 = 5 이다. 각 부분구간의 중점은 x1‾=2+2.752=2.375\overline{x_1} = \frac{2+2.75}{2} = 2.375, x2‾=3.125\overline{x_2} = 3.125, x3‾=3.875\overline{x_3} = 3.875, 그리고 x4‾=4.625\overline{x_4} = 4.625 이다. 그러므로 M4=f(x1‾)⋅△x+f(x2‾)⋅△x+f(x3‾)⋅△x+f(x4‾)⋅△x=(f(2.375)+f(3.125)+f(3.875)+f(4.625))⋅(0.75)=(11.125+13.375+15.625+17.875)⋅(0.75)=58⋅0.75=43.5\begin{aligned}M_4 &= f(\overline{x_1}) \cdot \triangle x + f(\overline{x_2}) \cdot \triangle x + f(\overline{x_3}) \cdot \triangle x + f(\overline{x_4}) \cdot \triangle x \\ &= \left(f(2.375) + f(3.125) + f(3.875) + f(4.625) \right) \cdot (0.75) \\ &= \left(11.125 + 13.375 + 15.625 + 17.875 \right) \cdot (0.75) \\ &= 58 \cdot 0.75 \\ &= 43.5\end{aligned} M4M_4 의 핵심 부분을 나타낸 전체 그림은 아래 그림과 같다. 이 이미지에 대체 텍스트를 추가하세요 (b) f(2)=10f(2) = 10 이고 f(5)=19f(5) = 19 임을 알 수 있다. 함수, xx축, 그리고 양 끝점으로 유계인 영역은 사다리꼴이다. 사다리꼴의 넓이는 두 밑변의 평균에 높이를 곱한 것임을 떠올리면, 이 유계인 영역의 넓이는 A=12(10+19)(5−2)=872 A = \frac{1}{2}(10 + 19)(5-2) = \frac{87}{2}\, 이다. (c) M4M_4 가 직선과 xx축 사이의 정확한 넓이를 주는 이유는, 중점에서의 함숫값을 높이로 하는 직사각형이 각 부분구간의 두 끝점에서의 함숫값으로 만들어지는 사다리꼴과 넓이가 같기 때문이다. 다음 그림에서 보듯이, 중점 직사각형이 둘러싸는 "넘치는 넓이"가 중점 직사각형에서 빠져 있는 "모자란 넓이"와 정확히 일치한다는 점에서도 이를 알 수 있다. 이 두 양이 서로 상쇄되므로, 중점 직사각형들의 넓이는 곡선 아래의 정확한 넓이를 준다. 이 이미지에 대체 텍스트를 추가하세요 실제로 MnM_n 의 값은 nn 의 어떤 값에 대해서도 [2,5][2,5] 에서 gg 아래의 정확한 넓이를 준다. 그러나 LnL_n 과 RnR_n 은 정확하지 않다. LnL_n 은 모든 직사각형이 함수 gg 의 아래에 완전히 놓이므로 실제 넓이보다 작게 어림하고, RnR_n 은 모든 직사각형이 함수 위에 놓이므로 실제 넓이보다 크게 어림한다. (d) g(x)=mx+bg(x) = mx + b 꼴의 일차함수 gg 중에서, 다루는 구간에서 g(x)≥0g(x) \ge 0 이면 중점 법칙은 함수와 xx축으로 유계인 영역의 넓이의 정확한 값을 준다. 이는 주어진 부분구간에서 두 끝점으로 만들어지는 사다리꼴의 넓이가, 그 부분구간의 중점에서의 함숫값을 높이로 하는 직사각형의 넓이와 같기 때문이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since we are using 44 subintervals on [2,5][2,5], it follows that △x=5−24=0.75\triangle x = \frac{5-2}{4} = 0.75. Thus, x0=2x_0 = 2, x1=2.75x_1 = 2.75, x2=3.5x_2 = 3.5, x3=4.25x_3 = 4.25, and x4=5x_4 = 5. The midpoints of the respective subintervals are thus x1‾=2+2.752=2.375\overline{x_1} = \frac{2+2.75}{2} = 2.375, x2‾=3.125\overline{x_2} = 3.125, x3‾=3.875\overline{x_3} = 3.875, and x4‾=4.625\overline{x_4} = 4.625. Thus, M4=f(x1‾)⋅△x+f(x2‾)⋅△x+f(x3‾)⋅△x+f(x4‾)⋅△x=(f(2.375)+f(3.125)+f(3.875)+f(4.625))⋅(0.75)=(11.125+13.375+15.625+17.875)⋅(0.75)=58⋅0.75=43.5\begin{aligned}M_4 &= f(\overline{x_1}) \cdot \triangle x + f(\overline{x_2}) \cdot \triangle x + f(\overline{x_3}) \cdot \triangle x + f(\overline{x_4}) \cdot \triangle x \\ &= \left(f(2.375) + f(3.125) + f(3.875) + f(4.625) \right) \cdot (0.75) \\ &= \left(11.125 + 13.375 + 15.625 + 17.875 \right) \cdot (0.75) \\ &= 58 \cdot 0.75 \\ &= 43.5\end{aligned} An overall sketch of the key parts of M4M_4 is seen in the figure below. ADD ALT TEXT TO THIS IMAGE (b) Observe that f(2)=10f(2) = 10 and f(5)=19f(5) = 19. The region bounded by the function, the xx-axis, and the endpoints is a trapezoid. Recalling that the area of a trapezoid is the average of the bases times the height, we see that the bounded region has area A=12(10+19)(5−2)=872 .A = \frac{1}{2}(10 + 19)(5-2) = \frac{87}{2}\,. (c) The reason that M4M_4 gives the exact area between the line and the xx-axis is the rectangles with heights that come from the midpoint have the same area as the trapezoids that are formed by the function values at the two endpoints of each subinterval. We can also see this by observing that the “extra area” bounded by the midpoint rectangle exactly matches the “missing area” that is absent from the midpoint rectangle, as seen in the following figure. Since these two quantities balance out, the areas of the midpoint rectangles give us the exact area under the curve. ADD ALT TEXT TO THIS IMAGE Indeed, the value of MnM_n will give the exact area under gg on [2,5][2,5] for any value of nn. But neither LnL_n nor RnR_n will be exact: LnL_n will underestimate the true area since every rectangle will lie completely under the function gg, whereas RnR_n will overestimate because every rectangle lies above the function. (d) For any linear function gg of the form g(x)=mx+bg(x) = mx + b such that g(x)≥0g(x) \ge 0 on the interval of interest, the midpoint rule will give the exact value of the area bounded by the function and the xx-axis. This is true because the area of the trapezoid formed by the two endpoints on a given subinterval will be the same as the area of the rectangle whose height is given by the function at the midpoint of the subinterval.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.1절 · 11번
# 정적분과 급수(구분구적법)그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
128.Active Calculus · 4.2절 · 10번우리말 번역

직선 도로를 달리는 자동차가 브레이크를 밟고 있으며, 여러 시각에서 자동차의 속도를 측정하여 다음 표와 같은 값을 얻었습니다.

브레이크를 밟는 자동차의 자료

시간(초), tt 00 0.30.3 0.60.6 0.90.9 1.21.2 1.51.5 1.81.8
속도(ft/sec), v(t)v(t) 100100 8888 7474 5959 4040 1919 00

(a) 가로축을 시간, 세로축을 속도로 하여 주어진 자료를 좌표평면에 나타내세요. (b) 3개의 부분구간으로 나눈 중점 리만 합을 사용하여, 자동차가 브레이크를 밟는 동안 이동한 총 거리를 어림하세요. (c) L6L_6, R6R_6, 12(L6+R6)\frac{1}{2}(L_6 + R_6) 을 계산하여 [0,1.8][0,1.8] 에서 이동한 총 거리를 어림하세요. (d) v(t)v(t) 가 [0,1.8][0,1.8] 에서 항상 감소한다고 가정할 때, 자동차가 멈추기 전까지 이동했을 수 있는 최대 거리는 얼마입니까? 그 이유는 무엇입니까?

영어 원문 보기

A car traveling along a straight road is braking and its velocity is measured at several different points in time, as given in the following table.

Data for the braking car.

seconds, tt 00 0.30.3 0.60.6 0.90.9 1.21.2 1.51.5 1.81.8
Velocity in ft/sec, v(t)v(t) 100100 8888 7474 5959 4040 1919 00

(a) Plot the given data on a set of axes with time on the horizontal axis and the velocity on the vertical axis. (b) Estimate the total distance traveled during the car the time brakes using a middle Riemann sum with 3 subintervals. (c) Estimate the total distance traveled on [0,1.8][0,1.8] by computing L6L_6, R6R_6, and 12(L6+R6)\frac{1}{2}(L_6 + R_6). (d) Assuming that v(t)v(t) is always decreasing on [0,1.8][0,1.8], what is the maximum possible distance the car traveled before it stopped? Why?

정답·풀이 보기

(a) 주어진 자료를 그래프로 나타내면 아래 그림과 같다. 이 이미지에 대체 텍스트를 추가하세요. (b) 주어진 자료로 M3M_3 을 구하면, 중점은 x1‾=0.3\overline{x_1} = 0.3, x2‾=0.9\overline{x_2} = 0.9, x3‾=1.5\overline{x_3} = 1.5 이고 △t=0.6\triangle t = 0.6 이므로 M3=f(0.3)⋅0.6+f(0.9)⋅0.6+f(1.5)⋅0.6=166⋅0.6=99.6 .M_3 = f(0.3) \cdot 0.6 + f(0.9) \cdot 0.6 + f(1.5) \cdot 0.6 = 166 \cdot 0.6 = 99.6\,. 따라서 자동차는 브레이크를 밟는 1.81.8 초 동안 약 99.699.6 피트를 이동한다. (c) 기본 공식을 사용하면 L6=f(0)⋅0.3+f(0.3)⋅0.3+⋯+f(1.5)⋅0.3=380⋅0.3=114L_6 = f(0) \cdot 0.3 + f(0.3) \cdot 0.3 + \cdots + f(1.5) \cdot 0.3 = 380 \cdot 0.3 = 114 이고 R6=f(0.3)⋅0.3+f(0.6)⋅0.3+⋯+f(1.8)⋅0.3=280⋅0.3=84 .R_6 = f(0.3) \cdot 0.3 + f(0.6) \cdot 0.3 + \cdots + f(1.8) \cdot 0.3 = 280 \cdot 0.3 = 84\,. 이므로 12(L6+R6)=114+842=99 .\frac{1}{2}(L_6 + R_6) = \frac{114+84}{2} = 99\,. 이 세 값은 각각 이동한 총 거리의 어림값이며, L6L_6 은 과대추정이고 R6R_6 은 과소추정이다. (d) 자동차가 멈추기 전까지 이동했을 수 있는 최대 거리는 114114 피트이다. 이는 함수가 구간에서 감소하는 경우 LnL_n 은 항상 과대추정이기 때문이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) A plot of the given data is shown in the figure below. ADD ALT TEXT TO THIS IMAGE (b) For M3M_3 with the given data, the midpoints are x1‾=0.3\overline{x_1} = 0.3, x2‾=0.9\overline{x_2} = 0.9, and x3‾=1.5\overline{x_3} = 1.5, and △t=0.6\triangle t = 0.6, so M3=f(0.3)⋅0.6+f(0.9)⋅0.6+f(1.5)⋅0.6=166⋅0.6=99.6 .M_3 = f(0.3) \cdot 0.6 + f(0.9) \cdot 0.6 + f(1.5) \cdot 0.6 = 166 \cdot 0.6 = 99.6\,. Therefore, the car travels approximately 99.699.6 feet over the 1.81.8 second interval it brakes. (c) Using the standard formulas, L6=f(0)⋅0.3+f(0.3)⋅0.3+⋯+f(1.5)⋅0.3=380⋅0.3=114L_6 = f(0) \cdot 0.3 + f(0.3) \cdot 0.3 + \cdots + f(1.5) \cdot 0.3 = 380 \cdot 0.3 = 114 and R6=f(0.3)⋅0.3+f(0.6)⋅0.3+⋯+f(1.8)⋅0.3=280⋅0.3=84 .R_6 = f(0.3) \cdot 0.3 + f(0.6) \cdot 0.3 + \cdots + f(1.8) \cdot 0.3 = 280 \cdot 0.3 = 84\,. Thus, 12(L6+R6)=114+842=99 .\frac{1}{2}(L_6 + R_6) = \frac{114+84}{2} = 99\,. Each of these three quantities is an estimate of the total distance traveled: L6L_6 is an overestimate and R6R_6 is an underestimate. (d) The maximum possible distance the car traveled before it stopped is 114114 feet. This is because LnL_n is always an overestimate when the function is decreasinging on the interval.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 4.2절 · 9번
# 정적분과 급수(구분구적법)그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
129.Active Calculus · 5.3절 · 14번우리말 번역

미시간주 매스랜드 마을의 가정용 전력 소비는 최근 몇 년 동안 일정한 경향을 보였습니다. 평균 사용량을 반영한 자료를 바탕으로, 전력 회사의 기술자들은 마을의 에너지 소비율을 다음 함수로 모델링했습니다.

r(t)=4+sin⁡(0.263t+4.7)+cos⁡(0.526t+9.4) .r(t) = 4 + \sin(0.263t + 4.7) + \cos(0.526t+9.4)\,.

여기서 tt 는 평일 자정 이후 흘러간 시간(시간 단위)이고, rr 은 시각 tt 에서의 소비율(메가와트 단위)입니다. 이 문제에서는 단위가 매우 중요합니다. 메가와트라는 단위 자체가 단위 시간당 에너지 소비량을 나타내는 비율임에 주의하세요. 메가와트시는 1메가와트의 전력이 1시간 동안 일정하게 유지될 때의 에너지 총량과 같습니다.

(a) 구간 [0,24]에서 r(t)r(t) 의 그래프를 각 부분의 이름을 정확히 표시하여 그리고, 그 의미를 설명하세요. 이것이 전력 소비의 타당한 모델인 이유는 무엇입니까? (b) 값을 계산하지 않고, ∫024r(t) dt\int_0^{24} r(t) \, dt 의 의미를 설명하세요. 답에 알맞은 단위를 포함하세요. (c) 매스랜드가 평일 하루에 소비하는 에너지의 정확한 양을 구하세요. (d) 임의의 24시간 동안 매스랜드의 평균 전력 소비율은 얼마입니까? 이 양의 단위는 무엇입니까?

영어 원문 보기

For the town of Mathland, MI, residential power consumption has shown certain trends over recent years. Based on data reflecting average usage, engineers at the power company have modeled the town's rate of energy consumption by the function

r(t)=4+sin⁡(0.263t+4.7)+cos⁡(0.526t+9.4) .r(t) = 4 + \sin(0.263t + 4.7) + \cos(0.526t+9.4)\,.

Here, tt measures time in hours after midnight on a typical weekday, and rr is the rate of consumption in megawatts at time tt. Units are critical throughout this problem; note that the unit megawatt is itself a rate, which measures energy consumption per unit time. A megawatt-hour is the total amount of energy that is equivalent to a constant stream of 1 megawatt of power being sustained for 1 hour.

(a) Sketch a carefully labeled graph of r(t)r(t) on the interval [0,24] and explain its meaning. Why is this a reasonable model of power consumption? (b) Without calculating its value, explain the meaning of ∫024r(t) dt\int_0^{24} r(t) \, dt. Include appropriate units on your answer. (c) Determine the exact amount of energy Mathland consumes in a typical day. (d) What is Mathland's average rate of power consumption in a given 24-hour period? What are the units on this quantity?

정답·풀이 보기

(a) 다음 그래프에서, 이 모델은 주기적이며 2424시간마다 반복되는 것으로 보이고, 소비율이 사람들이 집에서 가장 활발하게 활동하는 시간대인 오전 77시 무렵과 오후 55시 무렵에 최대가 되는 것으로 보이므로 타당함을 알 수 있다. 구간 -2 &lt; t &lt; 26 에서 r(t) = 4 + sin(0.263t + 4.7) + cos(0.526t+9.4) 의 그래프이다. 함수는 t = 0 과 t = 24 에서 서로 같은 최솟값을 갖고, t ≈ 7 과 t ≈ 17 에서 서로 같은 최댓값을 갖는다. (b) ∫024r(t) dt\int_0^{24} r(t) \, dt 의 의미는 2424시간 동안 소비된 전력의 총량이며, 단위는 메가와트시이다. 이는 r(t)r(t) 의 단위가 메가와트이고 △t\triangle t 의 단위가 시간이므로, 정적분에 대응하는 리만 합에서 r(t)⋅△tr(t) \cdot \triangle t 꼴의 항이 “메가와트시”의 단위를 갖기 때문이다. 또한 전력 소비율을 적분하면 소비된 전력의 총 변화량을 얻는다. (c) 평일 하루에 매스랜드는 ∫024r(t) dt\int_0^{24} r(t) \, dt 메가와트시의 전력을 소비하므로, 다음 적분의 값을 구해야 한다. ∫024r(t) dt=∫024[4+sin⁡(0.263t+4.7)+cos⁡(0.526t+9.4)] dt .\int_0^{24} r(t) \, dt = \int_0^{24} \left[ 4 + \sin(0.263t + 4.7) + \cos(0.526t+9.4) \right] \, dt\,. 이를 위해 u=0.263t+4.7u = 0.263t + 4.7 (du=0.263 dtdu = 0.263 \, dt 이므로)과 w=0.526t+9.4w = 0.526t + 9.4 (dw=0.526 dtdw = 0.526 \, dt 이므로)로 치환하여 두 삼각함수 식의 부정적분을 구하면 다음과 같다. ∫sin⁡(0.263t+4.7) dt=10.263∫sin⁡(u) du=−10.263cos⁡(u)=−10.263cos⁡(0.263t+4.7)\int \sin(0.263t + 4.7) \, dt = \frac{1}{0.263} \int \sin(u) \, du = -\frac{1}{0.263} \cos(u) = -\frac{1}{0.263} \cos(0.263t + 4.7) 그리고 ∫cos⁡(0.526t+9.4) dt=10.526∫cos⁡(w) dw=10.526sin⁡(w)=10.526sin⁡(0.526t+9.4) .\int \cos(0.526t + 9.4) \, dt = \frac{1}{0.526} \int \cos(w) \, dw = \frac{1}{0.526} \sin(w) = \frac{1}{0.526} \sin(0.526t + 9.4)\,. 이를 모두 합하고 미적분의 기본정리를 이용하면 다음을 얻는다. ∫024r(t) dt=4t−10.263cos⁡(0.263t+4.7)+10.526sin⁡(0.526t+9.4)∣024=[4⋅24−10.263cos⁡(0.263⋅24+4.7)+10.526sin⁡(0.526⋅24+9.4)]−[−10.263cos⁡(4.7)+10.526sin⁡(9.4)]≈95.7809\begin{aligned}\int_0^{24} r(t) \, dt &= \left. 4t -\frac{1}{0.263} \cos(0.263t + 4.7) + \frac{1}{0.526} \sin(0.526t + 9.4) \right|_0^{24} \\ &= \left[ 4 \cdot 24 -\frac{1}{0.263} \cos(0.263 \cdot 24 + 4.7) + \frac{1}{0.526} \sin(0.526 \cdot 24 + 9.4) \right] - \left[ -\frac{1}{0.263} \cos(4.7) + \frac{1}{0.526} \sin(9.4) \right] \\ &\approx 95.7809\end{aligned} 메가와트시의 전력이 2424시간 동안 사용된다. (d) 구간 [0,24][0,24] 에서 비율 함수 rr 의 평균값은 다음과 같다. rAVG⁡[0,24]=124−0∫024r(t) dt .\displaystyle r_{\operatorname{AVG} [0,24]} = \frac{1}{24-0} \int_{0}^{24} r(t) \, dt\,. 따라서 (c)의 계산에 의해 다음을 얻는다. rAVG⁡[0,24]≈124⋅95.7809=3.99087\displaystyle r_{\operatorname{AVG} [0,24]} \approx \frac{1}{24} \cdot 95.7809 = 3.99087 이 값의 단위는 메가와트이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) In the following plot, we see that the model is reasonable because it appears to be periodic and repeats every 2424 hours, as well as that the rate of consumption seems to peak at the times of day where people are most active in their homes: around 77 a.m. and around 55 p.m. A plot of r(t) = 4 + sin(0.263t + 4.7) + cos(0.526t+9.4) on the interval -2 lt t lt 26. The function has equal global minimums at t = 0 and t = 24, equal global maxnimums at t approx 7 and t approx 17 (b) The meaning of ∫024r(t) dt\int_0^{24} r(t) \, dt is the total power consumed in 2424 hours, measured in megawatt-hours. This is because r(t)r(t) is measured in megawatts and △t\triangle t in hours, and thus in the Riemann sum that corresponds to the definite integral, the terms in the sum of the form r(t)⋅△tr(t) \cdot \triangle t have units “megawatt-hours”. Moreover, by integrating the rate of power consumption we get the total change in power consumed. (c) In a typical day, we know that Mathland consumes ∫024r(t) dt\int_0^{24} r(t) \, dt megawatt-hours of power, and thus we seek to evaluate the integral ∫024r(t) dt=∫024[4+sin⁡(0.263t+4.7)+cos⁡(0.526t+9.4)] dt .\int_0^{24} r(t) \, dt = \int_0^{24} \left[ 4 + \sin(0.263t + 4.7) + \cos(0.526t+9.4) \right] \, dt\,. To do so, we use the subtitutions u=0.263t+4.7u = 0.263t + 4.7 (so du=0.263 dtdu = 0.263 \, dt) and w=0.526t+9.4w = 0.526t + 9.4 (so dw=0.526 dtdw = 0.526 \, dt) to help us antidifferentiate the two trigonometric expressions, and thus we find that ∫sin⁡(0.263t+4.7) dt=10.263∫sin⁡(u) du=−10.263cos⁡(u)=−10.263cos⁡(0.263t+4.7)\int \sin(0.263t + 4.7) \, dt = \frac{1}{0.263} \int \sin(u) \, du = -\frac{1}{0.263} \cos(u) = -\frac{1}{0.263} \cos(0.263t + 4.7) and ∫cos⁡(0.526t+9.4) dt=10.526∫cos⁡(w) dw=10.526sin⁡(w)=10.526sin⁡(0.526t+9.4) .\int \cos(0.526t + 9.4) \, dt = \frac{1}{0.526} \int \cos(w) \, dw = \frac{1}{0.526} \sin(w) = \frac{1}{0.526} \sin(0.526t + 9.4)\,. Putting this all together and using the Fundamental Theorem of Calculus, we have ∫024r(t) dt=4t−10.263cos⁡(0.263t+4.7)+10.526sin⁡(0.526t+9.4)∣024=[4⋅24−10.263cos⁡(0.263⋅24+4.7)+10.526sin⁡(0.526⋅24+9.4)]−[−10.263cos⁡(4.7)+10.526sin⁡(9.4)]≈95.7809\begin{aligned}\int_0^{24} r(t) \, dt &= \left. 4t -\frac{1}{0.263} \cos(0.263t + 4.7) + \frac{1}{0.526} \sin(0.526t + 9.4) \right|_0^{24} \\ &= \left[ 4 \cdot 24 -\frac{1}{0.263} \cos(0.263 \cdot 24 + 4.7) + \frac{1}{0.526} \sin(0.526 \cdot 24 + 9.4) \right] - \left[ -\frac{1}{0.263} \cos(4.7) + \frac{1}{0.526} \sin(9.4) \right] \\ &\approx 95.7809\end{aligned} megawatt-hours of power used in 2424 hours. (d) We know that the average value of the rate function rr on [0,24][0,24] is rAVG⁡[0,24]=124−0∫024r(t) dt .\displaystyle r_{\operatorname{AVG} [0,24]} = \frac{1}{24-0} \int_{0}^{24} r(t) \, dt\,. Thus, by our work in (c), we have that rAVG⁡[0,24]≈124⋅95.7809=3.99087\displaystyle r_{\operatorname{AVG} [0,24]} \approx \frac{1}{24} \cdot 95.7809 = 3.99087 which is measured in megawatts.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 5.3절 · 12번
# 치환적분법그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
130.Active Calculus · 6.2절 · 6번우리말 번역

곡선 f(x)=3cos⁡(x34)f(x) = 3 \cos(\frac{x^3}{4}) 과, 이 그래프 중 제1사분면에서 yy축과 f(x)=0f(x) = 0 을 만족하는 첫 번째 양의 xx 값 사이에 놓인 부분을 생각하세요. RR 을 ff 의 이 부분, xx축, yy축으로 둘러싸인 영역이라고 하세요.

(a) RR 의 위쪽 경계를 따라 놓인 ff 의 정확한 곡선의 길이를 값으로 갖는 정적분을 세우세요. 적절한 공학 도구를 사용하여 구한 정적분의 값을 계산하세요. (b) RR 의 정확한 넓이를 값으로 갖는 정적분을 세우세요. 적절한 공학 도구를 사용하여 구한 정적분의 값을 계산하세요. (c) 영역 RR 을 xx축을 중심으로 회전시킨다고 하세요. 이때 생기는 회전체의 정확한 부피를 값으로 갖는 정적분을 세우세요. 적절한 공학 도구를 사용하여 구한 정적분의 값을 계산하세요. (d) 대신 RR 을 yy축을 중심으로 회전시킨다고 하세요. 가능하다면, 회전체의 정확한 부피를 값으로 갖는 적분식을 세우고 적절한 공학 도구를 사용하여 그 적분의 값을 계산하세요. 가능하지 않다면, 그 이유를 설명하세요.

영어 원문 보기

Consider the curve f(x)=3cos⁡(x34)f(x) = 3 \cos(\frac{x^3}{4}) and the portion of its graph that lies in the first quadrant between the yy-axis and the first positive value of xx for which f(x)=0f(x) = 0. Let RR denote the region bounded by this portion of ff, the xx-axis, and the yy-axis.

(a) Set up a definite integral whose value is the exact arc length of ff that lies along the upper boundary of RR. Use technology appropriately to evaluate the integral you find. (b) Set up a definite integral whose value is the exact area of RR. Use technology appropriately to evaluate the integral you find. (c) Suppose that the region RR is revolved around the xx-axis. Set up a definite integral whose value is the exact volume of the solid of revolution that is generated. Use technology appropriately to evaluate the integral you find. (d) Suppose instead that RR is revolved around the yy-axis. If possible, set up an integral expression whose value is the exact volume of the solid of revolution and evaluate the integral using appropriate technology. If not possible, explain why.

정답·풀이 보기

(a) 함수의 그래프를 그리고 공학 도구를 사용하여 f(x)f(x) 가 xx축과 만나는 지점을 찾으면, 영역 RR 은 다음 그림과 같다. 이 그림은 구간 0,3 에서 함수 f(x) = 3 cos( frac x 3 4 ) 의 그래프를 나타내며, x축 위쪽에서 y축부터 함수의 첫 번째 영점(대략 곡선의 길이 공식을 적용하려면 ff 의 도함수가 필요하다. 합성함수의 미분법에 의해 f′(x)=−3sin⁡(x34)⋅34x2f'(x) = -3 \sin(\frac{x^3}{4}) \cdot \frac{3}{4}x^2 이므로, RR 의 위쪽 경계를 따라 놓인 ff 의 곡선의 길이는 다음과 같다. L=∫01.842571+(−3sin⁡(x34)⋅34x2)2 dx .L = \int_0^{1.84257} \sqrt{1+\left( -3 \sin \left(\frac{x^3}{4}\right) \cdot \frac{3}{4}x^2 \right)^2} \, dx\,. 공학 도구로 이 정적분의 값을 계산하면 L≈4.10521L \approx 4.10521 이다. (b) RR 의 넓이는 다음과 같다. A=∫01.845273cos⁡(x34) dx≈4.6623 .A = \int_0^{1.84527} 3 \cos\left( \frac{x^3}{4} \right) \, dx \approx 4.6623\,. (c) RR 을 xx축을 중심으로 회전시키면, xx축에 수직인 단면으로 자른 원판법을 사용하여 생기는 입체의 부피를 구할 수 있다. 각 원판의 반지름이 r(x)=3cos⁡(x34)r(x) = 3 \cos(\frac{x^3}{4}) 이고 각 원판의 두께가 △x\triangle x 이므로, 각 조각의 부피는 다음과 같다. V조각≈πr(x)2△x=π(3cos⁡(x34))2△xV_{\text{조각}} \approx \pi r(x)^2 \triangle x = \pi \left( 3 \cos\left( \frac{x^3}{4} \right) \right)^2 \triangle x 따라서 전체 부피는 다음과 같다. V=∫01.84527π⋅9cos⁡2(x34) dx≈40.31965V = \int_0^{1.84527} \pi \cdot 9 \cos^2 \left( \frac{x^3}{4} \right) \, dx \approx 40.31965 (d) 대신 RR 을 yy축을 중심으로 회전시키면, 원판법을 적용하기 위해 두께가 △y\triangle y 인 수평 원판을 사용해야 한다. 그러려면 주어진 대로 yy 를 xx 의 함수로 나타내는 대신 xx 를 yy 의 함수로 나타내야 한다. 따라서 주어진 함수 y=3cos⁡(x34)y = 3 \cos(\frac{x^3}{4}) 에서 xx 에 대해 방정식을 푼다. 먼저 다음을 얻는다. cos⁡(x34)=y3\cos\left( \frac{x^3}{4} \right) = \frac{y}{3} 그러므로 역코사인을 사용하면 x34=arccos⁡(y3)\frac{x^3}{4} = \arccos \left( \frac{y}{3} \right) 이고, 따라서 x3=4arccos⁡(y3)x^3 = 4\arccos \left(\frac{y}{3} \right) 이므로 x=4arccos⁡(y3)3 .x = \sqrt[3]{4\arccos \left(\frac{y}{3} \right)}\,. 이제 대표적인 조각은 반지름이 r(y)=4arccos⁡(y3)3r(y) = \sqrt[3]{4\arccos \left(\frac{y}{3} \right)} 이고 두께가 △y\triangle y 이며, 부피는 다음과 같다. V조각≈π⋅(4arccos⁡(y3)3)2△y .V_{\text{조각}} \approx \pi \cdot \left( \sqrt[3]{4\arccos \left(\frac{y}{3} \right)} \right)^2 \triangle y\,. y=0y = 0 부터 y=3y = 3 까지 조각들을 더하기 위해 적분하면, 회전체의 부피는 다음과 같다. V=∫03π(4arccos⁡(y3))2/3 dy≈23.29194 .V = \int_0^3 \pi \left( 4\arccos \left(\frac{y}{3} \right) \right)^{2/3} \, dy \approx 23.29194\,.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Plotting the function and using technology to find where f(x)f(x) intersects the xx-axis, we see that the region RR as pictured in the following figure. This image shows a plot of the function f(x) = 3 cos( frac x 3 4 ) on the interval 0,3 and shades only the region bounded above the x-axis from the y-axis up to the first zero of the function at appro To apply the formula we developed for arc length, we need the derivative of ff. By the chain rule, f′(x)=−3sin⁡(x34)⋅34x2f'(x) = -3 \sin(\frac{x^3}{4}) \cdot \frac{3}{4}x^2, so the arc length of ff that lies along the upper boundary of RR is L=∫01.842571+(−3sin⁡(x34)⋅34x2)2 dx .L = \int_0^{1.84257} \sqrt{1+\left( -3 \sin \left(\frac{x^3}{4}\right) \cdot \frac{3}{4}x^2 \right)^2} \, dx\,. Using technology to evaluate the integral, we find L≈4.10521L \approx 4.10521. (b) The area of RR is A=∫01.845273cos⁡(x34) dx≈4.6623 .A = \int_0^{1.84527} 3 \cos\left( \frac{x^3}{4} \right) \, dx \approx 4.6623\,. (c) Revolving RR around the xx-axis, we can use the disk method with slices perpendicular to the xx-axis to find the volume of the resulting region. Noting that the radius of each such disk is r(x)=3cos⁡(x34)r(x) = 3 \cos(\frac{x^3}{4}) and the width of each such disk is △x\triangle x, we know the volume of each slice is Vslice≈πr(x)2△x=π(3cos⁡(x34))2△xV_{\text{slice}} \approx \pi r(x)^2 \triangle x = \pi \left( 3 \cos\left( \frac{x^3}{4} \right) \right)^2 \triangle x and thus the total volume is V=∫01.84527π⋅9cos⁡2(x34) dx≈40.31965V = \int_0^{1.84527} \pi \cdot 9 \cos^2 \left( \frac{x^3}{4} \right) \, dx \approx 40.31965 (d) If we instead revolve RR around the yy-axis, we need to use horizontal disks of thickness △y\triangle y in order to apply the disk method. To do that, we also need to express xx as a function of yy, rather than yy as a function of xx as given. Thus we take the given function y=3cos⁡(x34)y = 3 \cos(\frac{x^3}{4}) and solve the equation for xx. First, we observe cos⁡(x34)=y3\cos\left( \frac{x^3}{4} \right) = \frac{y}{3} and thus using the inverse cosine, x34=arccos⁡(y3)\frac{x^3}{4} = \arccos \left( \frac{y}{3} \right) and therefore x3=4arccos⁡(y3)x^3 = 4\arccos \left(\frac{y}{3} \right) so that x=4arccos⁡(y3)3 .x = \sqrt[3]{4\arccos \left(\frac{y}{3} \right)}\,. Now, a typical slice has radius r(y)=4arccos⁡(y3)3r(y) = \sqrt[3]{4\arccos \left(\frac{y}{3} \right)} with thickness △y\triangle y, and volume Vslice≈π⋅(4arccos⁡(y3)3)2△y .V_{\text{slice}} \approx \pi \cdot \left( \sqrt[3]{4\arccos \left(\frac{y}{3} \right)} \right)^2 \triangle y\,. Integrating to add up the slices from y=0y = 0 to y=3y = 3, we have the volume of the solid of revolution is V=∫03π(4arccos⁡(y3))2/3 dy≈23.29194 .V = \int_0^3 \pi \left( 4\arccos \left(\frac{y}{3} \right) \right)^{2/3} \, dy \approx 23.29194\,.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 6.2절 · 6번
# 입체도형의 부피그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
131.Active Calculus · 6.2절 · 7번우리말 번역

곡선 y=sin⁡(x)y = \sin(x) 와 y=cos⁡(x)y = \cos(x) 를 생각하세요. 다음 각 문제에서 고려하는 영역/회전체의 그림과, 이름을 붙인 대표 조각을 함께 그리세요.

(a) yy축과 곡선 y=sin⁡(x)y = \sin(x), y=cos⁡(x)y = \cos(x) 로 둘러싸인 영역 RR 의 그래프를 그리세요. 단, 두 곡선이 처음으로 만나는 양의 xx 값까지로 합니다. 두 곡선의 교점의 정확한 좌표는 무엇인가요? (b) 영역 RR 의 정확한 넓이와 같은 값을 갖는 정적분을 세우세요. (c) RR 을 xx축을 중심으로 회전시켜 만들어진 회전체의 정확한 부피와 같은 값을 갖는 정적분을 세우세요. (d) RR 을 yy축을 중심으로 회전시켜 만들어진 회전체의 정확한 부피와 같은 값을 갖는 정적분을 세우세요. (e) RR 을 직선 y=2y = 2 를 중심으로 회전시켜 만들어진 회전체의 정확한 부피와 같은 값을 갖는 정적분을 세우세요. (f) RR 을 직선 x=−1x = -1 을 중심으로 회전시켜 만들어진 회전체의 정확한 부피와 같은 값을 갖는 정적분을 세우세요.

영어 원문 보기

Consider the curves given by y=sin⁡(x)y = \sin(x) and y=cos⁡(x)y = \cos(x). For each of the following problems, you should include a sketch of the region/solid being considered, as well as a labeled representative slice.

(a) Sketch the region RR bounded by the yy-axis and the curves y=sin⁡(x)y = \sin(x) and y=cos⁡(x)y = \cos(x) up to the first positive value of xx at which they intersect. What is the exact intersection point of the curves? (b) Set up a definite integral whose value is the exact area of RR. (c) Set up a definite integral whose value is the exact volume of the solid of revolution generated by revolving RR about the xx-axis. (d) Set up a definite integral whose value is the exact volume of the solid of revolution generated by revolving RR about the yy-axis. (e) Set up a definite integral whose value is the exact volume of the solid of revolution generated by revolving RR about the line y=2y = 2. (f) Set up a definite integral whose value is the exact volume of the solid of revolution generated by revolving RR about the line x=−1x = -1.

정답·풀이 보기

(a) 이 그림은 구간 0,1 에서 함수 y = cos(x) 와 y = sin(x) 의 그래프를 그린 것이며, 구간 0, frac pi 4 에서 이 두 곡선과 y축으로 둘러싸인 영역 R 을 함께 보여 준다(두 곡선은 점 p 위의 그림을 보라. 두 곡선의 교점은 제1사분면에서 cos⁡(x)=sin⁡(x)\cos(x) = \sin(x) 인 곳이므로 점 (π4,22)(\frac{\pi}{4}, \frac{\sqrt{2}}{2}) 이다. (b) RR 의 넓이는 다음 정적분으로 주어진다. A=∫0π4(cos⁡(x)−sin⁡(x)) dx .A = \int_0^{\frac{\pi}{4}} ( \cos(x) - \sin(x) ) \, dx\,. (c) RR 을 xx축을 중심으로 회전시키고, 축에 수직이며 두께가 △x\triangle x 인 조각으로 자르면, 생기는 와셔의 바깥쪽 반지름은 R(x)=cos⁡(x)R(x) = \cos(x) 이고 안쪽 반지름은 r(x)=sin⁡(x)r(x) = \sin(x) 이다. 대표 조각의 부피는 V조각≈π(cos⁡2(x)−sin⁡2(x))△xV_{\text{조각}} \approx \pi (\cos^2(x) - \sin^2(x)) \triangle x 이므로, 구간 x=0x = 0 부터 x=π/4x = \pi/4 까지 조각들을 정적분으로 더하면 회전체의 부피는 다음과 같다. V=∫0π4π(cos⁡2(x)−sin⁡2(x)) dx .V = \int_0^{\frac{\pi}{4}} \pi (\cos^2(x) - \sin^2(x)) \, dx\,. (d) RR 을 yy축을 중심으로 회전시키면, 생기는 도형의 단면은 yy축에 수직이고 두께가 △x\triangle x 인 원판이다. 그런데 각 원판의 반지름을 결정하는 반지름 R(y)R(y) 는 y=0y = 0 부터 y=1y = 1 까지의 구간에서 높이 y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} 에서 바뀐다. 또한 영역을 둘러싸는 두 곡선을 yy의 함수로서 xx 로 나타내야 한다. y=0y = 0 부터 y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} 까지의 구간에서는 사인 함수가 경계를 이루며 이를 x=arcsin⁡(y)x = \arcsin(y) 로 쓴다. y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} 부터 y=1y = 1 까지의 구간에서는 코사인 함수가 경계를 이루며 이를 x=arccos⁡(y)x = \arccos(y) 로 쓴다. 아래쪽 구간에서 대표 조각의 부피는 V조각≈πarcsin⁡2(y)△y .V_{\text{조각}} \approx \pi \arcsin^2(y) \triangle y\,. 위쪽 구간에도 같은 방법으로 생각하고 알맞은 정적분으로 조각들을 더하면 다음을 얻는다. V=∫022πarcsin⁡2(y) dy+∫221πarccos⁡2(y) dyV = \int_0^{\frac{\sqrt{2}}{2}} \pi \arcsin^2(y) \, dy + \int_{\frac{\sqrt{2}}{2}}^1 \pi \arccos^2(y) \, dy (e) 그림을 그린다. RR 을 직선 y=2y = 2 를 중심으로 회전시키면, 직선 y=2y = 2 에 수직인 단면은 두께가 △x\triangle x 이고 바깥쪽 반지름이 R(x)=2−sin⁡(x)R(x) = 2 - \sin(x), 안쪽 반지름이 r(x)=2−cos⁡(x)r(x) = 2 - \cos(x) 인 와셔이다. 구간 [0,π4][0, \frac{\pi}{4}] 에서 2−sin⁡(x)≥2−cos⁡(x)2 - \sin(x) \ge 2 - \cos(x) 이기 때문이다. 따라서 대표 조각의 부피는 V조각≈π[(2−sin⁡(x))2−(2−cos⁡(x))2]△xV_{\text{조각}} \approx \pi [(2 - \sin(x))^2 - (2 - \cos(x))^2] \triangle x 이고, 이를 적분하여 전체 부피를 구하면 다음과 같다. V=∫0π4π[(2−sin⁡(x))2−(2−cos⁡(x))2] dx .V = \int_0^{\frac{\pi}{4}} \pi [(2 - \sin(x))^2 - (2 - \cos(x))^2] \, dx\,. (f) RR 을 직선 x=−1x = -1 을 중심으로 회전시키면, 생기는 도형의 단면은 yy축에 수직이고 두께가 △x\triangle x 인 와셔이다. 안쪽 반지름은 항상 r(y)=1r(y) = 1 이지만, 각 와셔의 더 큰 반지름을 결정하는 바깥쪽 반지름 R(y)R(y) 는 y=0y = 0 부터 y=1y = 1 까지의 구간에서 높이 y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} 에서 바뀐다. (d)와 마찬가지로 영역을 둘러싸는 두 곡선을 yy의 함수로서 xx 로 나타낸다. y=0y = 0 부터 y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} 까지의 구간에서는 R(y)=1+arcsin⁡(y)R(y) = 1 + \arcsin(y) 이고, y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} 부터 y=1y = 1 까지의 구간에서는 R(y)=1+arccos⁡(y)R(y) = 1 + \arccos(y) 이다. 아래쪽 구간에서 대표 조각의 부피는 V조각≈π[(1+arcsin⁡(y))2−12]△y .V_{\text{조각}} \approx \pi [ (1+\arcsin(y))^2 - 1^2 ] \triangle y\,. 위쪽 구간에도 같은 방법으로 생각하고 알맞은 정적분으로 조각들을 더하면 다음을 얻는다. V=∫022π[(1+arcsin⁡(y))2−12] dy+∫221π[(1+arccos⁡(y))2−12] dyV = \int_0^{\frac{\sqrt{2}}{2}} \pi [ (1+\arcsin(y))^2 - 1^2 ] \, dy + \int_{\frac{\sqrt{2}}{2}}^1 \pi [ (1+\arccos(y))^2 - 1^2 ] \, dy

원본 교재 풀이(영어)

(a) This figure shows the functions y = cos(x) and y = sin(x) plotted on the interval 0,1 with the region R they bound along with the y-axis on the interval 0, frac pi 4 (the two curves intersect at the p See the sketch above. The exact intersection point of the curves is where cos⁡(x)=sin⁡(x)\cos(x) = \sin(x) in the first quadrant, and thus at the point (π4,22)(\frac{\pi}{4}, \frac{\sqrt{2}}{2}). (b) The area of RR is given by the definite integral A=∫0π4(cos⁡(x)−sin⁡(x)) dx .A = \int_0^{\frac{\pi}{4}} ( \cos(x) - \sin(x) ) \, dx\,. (c) Revolving RR about the xx-axis and using slices perpendicular to the axis with thickness △x\triangle x, the outer radius of the resulting washers is R(x)=cos⁡(x)R(x) = \cos(x), while the inner radius of the washers is r(x)=sin⁡(x)r(x) = \sin(x). The volume of a typical slice is Vslice≈π(cos⁡2(x)−sin⁡2(x))△xV_{\text{slice}} \approx \pi (\cos^2(x) - \sin^2(x)) \triangle x and thus using an integral to sum the slices over the interval x=0x = 0 to x=π/4x = \pi/4, we find the volume of the solid is V=∫0π4π(cos⁡2(x)−sin⁡2(x)) dx .V = \int_0^{\frac{\pi}{4}} \pi (\cos^2(x) - \sin^2(x)) \, dx\,. (d) Revolving RR about the yy-axis, the resulting figure has solid cross sections that are disks perpendicular to the yy-axis with thickness △x\triangle x, but the radius R(y)R(y) that governs the radius of each disk changes at the height where y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} in the interval from y=0y = 0 to y=1y = 1. We also need to express the two curves that bound the region with xx as a function of yy. On the interval from y=0y = 0 to y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2}, the sine function provides the boundary, which we write as x=arcsin⁡(y)x = \arcsin(y); on the interval from y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} to y=1y = 1, the cosine function provides the boundary, which we write as x=arccos⁡(y)x = \arccos(y). On the lower interval, a typical slice has volume Vslice≈πarcsin⁡2(y)△y .V_{\text{slice}} \approx \pi \arcsin^2(y) \triangle y\,. Using similar reasoning for the upper interval and summing the slices using appropriate definite integrals, we find that V=∫022πarcsin⁡2(y) dy+∫221πarccos⁡2(y) dyV = \int_0^{\frac{\sqrt{2}}{2}} \pi \arcsin^2(y) \, dy + \int_{\frac{\sqrt{2}}{2}}^1 \pi \arccos^2(y) \, dy (e) Draw a picture. Revolving RR about the line y=2y = 2, we see that cross-sections perpendicular to the line y=2y = 2 are washers with thickness △x\triangle x, outer radius R(x)=2−sin⁡(x)R(x) = 2 - \sin(x), and inner radius r(x)=2−cos⁡(x)r(x) = 2 - \cos(x), since 2−sin⁡(x)≥2−cos⁡(x)2 - \sin(x) \ge 2 - \cos(x) on the interval [0,π4][0, \frac{\pi}{4}]. Thus, the volume of a typical slice is Vslice≈π[(2−sin⁡(x))2−(2−cos⁡(x))2]△xV_{\text{slice}} \approx \pi [(2 - \sin(x))^2 - (2 - \cos(x))^2] \triangle x and hence integrating to sum the total volume, we find V=∫0π4π[(2−sin⁡(x))2−(2−cos⁡(x))2] dx .V = \int_0^{\frac{\pi}{4}} \pi [(2 - \sin(x))^2 - (2 - \cos(x))^2] \, dx\,. (f) Revolving RR about the line x=−1x = -1, the resulting figure has solid cross sections that are washers perpendicular to the yy-axis with thickness △x\triangle x; the inner radius is always r(y)=1r(y) = 1, but the outer radius R(y)R(y) that governs the larger radius of each washer changes at the height where y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} in the interval from y=0y = 0 to y=1y = 1. As in (d), we express the two curves that bound the region with xx as a function of yy. On the interval from y=0y = 0 to y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2}, R(y)=1+arcsin⁡(y)R(y) = 1 + \arcsin(y); on the interval from y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} to y=1y = 1,R(y)=1+arccos⁡(y)R(y) = 1 + \arccos(y). On the lower interval, a typical slice has volume Vslice≈π[(1+arcsin⁡(y))2−12]△y .V_{\text{slice}} \approx \pi [ (1+\arcsin(y))^2 - 1^2 ] \triangle y\,. Using similar reasoning for the upper interval and summing the slices using appropriate definite integrals, we find that V=∫022π[(1+arcsin⁡(y))2−12] dy+∫221π[(1+arccos⁡(y))2−12] dyV = \int_0^{\frac{\sqrt{2}}{2}} \pi [ (1+\arcsin(y))^2 - 1^2 ] \, dy + \int_{\frac{\sqrt{2}}{2}}^1 \pi [ (1+\arccos(y))^2 - 1^2 ] \, dy

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