유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
20문제 · 1 / 1쪽
1.OpenStax 1권 · 5.1절 · 59번우리말 풀이
단위원이 그림의 안쪽 부채꼴과 같은 꼴 n개로 이루어져 있어요. 안쪽 삼각형의 밑변은 1이고 높이는 sin(n2π)예요. 바깥쪽 삼각형의 밑변은 B=cos(nπ)+sin(nπ)tan(nπ)이고 높이는 H=Bsin(n2π)예요. 이 정보를 이용해 단위원의 넓이가 π임을 논증하세요.
영어 원문 보기
A unit circle is made up of n wedges equivalent to the inner wedge in the figure. The base of the inner triangle is 1 unit and its height is
sin(n2π). The base of the outer triangle is
B=cos(nπ)+sin(nπ)tan(nπ) and the height is H=Bsin(n2π). Use this information to argue that the area of a unit circle is equal to π.
풀이 보기
원 안쪽 삼각형 n개의 넓이와 바깥쪽 삼각형 n개의 넓이로 원의 넓이를 위아래에서 끼우고, n→∞로 보내요.
1
단위원의 넓이를 A라 해요. 원을 중심각 n2π인 n개의 부채꼴로 나누면, 각 부채꼴 안에 들어가는 삼각형(밑변 1, 높이 sinn2π)이 있어요. 그 넓이는 21sinn2π이고 n개를 모으면 원 안에 들어가므로 2nsin(n2π)≤A
2
반대로 각 부채꼴을 완전히 덮는 바깥쪽 삼각형의 넓이는 21BH=21B2sinn2π이에요. n개를 모으면 원을 덮으므로 A≤2nsin(n2π)B2
3
왼쪽 값의 극한을 구해요. 2nsinn2π=π⋅2π/nsin(2π/n)이고, n→∞이면 n2π→0이므로 xsinx→1 덕분에 π에 가까워져요. 그래서 π≤A예요.
4
오른쪽 값의 극한을 구해요. n→∞이면 nπ→0이므로 B=cosnπ+sinnπtannπ→1+0⋅0=1이에요. 따라서 2nsinn2πB2→π⋅1=π이고 A≤π예요.
5
π≤A≤π이므로 조임 정리에 의해 A=π예요. 즉 단위원의 넓이는 π예요.
답
단위원의 넓이 A에 대해 π≤A≤π이므로 A=π
자주 하는 실수
안쪽 삼각형만 쓰고 바깥쪽을 빼먹으면 A≥π만 나와요. 위아래 두 부등식이 모두 필요해요.
원본 교재 풀이(영어)
Let A be the area of the unit circle. The circle encloses n congruent triangles each of area 2sin(n2π), so 2nsin(n2π)≤A. Similarly, the circle is contained inside n congruent triangles each of area 2BH=21(cos(nπ)+sin(nπ)tan(nπ))2sin(n2π), so A≤2nsin(n2π)(cos(nπ)+sin(nπ)tan(nπ))2. As n→∞,2nsin(n2π)=(n2)sin(n2π)A→π, so we conclude π≤A. Also, as n→∞,cos(nπ)+sin(nπ)tan(nπ)→1, so we also have A≤π. By the squeeze theorem for limits, we conclude that A=π.
다음 연습문제에서 계산기 또는 컴퓨터 프로그램을 사용하여 N=1,10,100 에 대해 끝점 합 RN 과 LN 의 값을 구하세요.
일반적으로 RN−LN=(b−a)×Nf(b)−f(a) 임을 보이세요.
영어 원문 보기
In the following exercises, use a calculator or a computer program to evaluate the endpoint sums RN and LN for N=1,10,100.
Show that, in general, RN−LN=(b−a)×Nf(b)−f(a).
정답·풀이 보기
LN=Nb−a∑i=1Nf(a+(b−a)Ni−1)=Nb−a∑i=0N−1f(a+(b−a)Ni) 이고 RN=Nb−a∑i=1Nf(a+(b−a)Ni) 이다. 왼쪽 합에는 i=0 에 해당하는 항이 있고 오른쪽 합에는 i=N 에 해당하는 항이 있다. RN−LN 에서 i=1,2,…,N−1 에 해당하는 항은 각각 한 번은 더하는 부호로, 한 번은 빼는 부호로 나타나므로 이러한 항은 모두 상쇄되고, RN−LN=Nb−a(f(a+(b−a))NN)−(f(a)+(b−a)N0)=Nb−a(f(b)−f(a)) 가 남는다.
원본 교재 풀이(영어)
LN=Nb−a∑i=1Nf(a+(b−a)Ni−1)=Nb−a∑i=0N−1f(a+(b−a)Ni) and RN=Nb−a∑i=1Nf(a+(b−a)Ni). The left sum has a term corresponding to i=0 and the right sum has a term corresponding to i=N. In RN−LN, any term corresponding to i=1,2,…,N−1 occurs once with a plus sign and once with a minus sign, so each such term cancels and one is left with RN−LN=Nb−a(f(a+(b−a))NN)−(f(a)+(b−a)N0)=Nb−a(f(b)−f(a)).
항등식 lnx=∫1xtdt 를 이용하여 ln(x) 가 [0,∞) 에서 x 의 증가 함수임을 보이고, 앞의 연습문제들을 이용하여 ln(x) 의 치역이 (−∞,∞) 임을 보이세요. 다른 가정 없이, ln(x) 가 (−∞,∞) 에서 정의된 역함수를 가짐을 결론지으세요.
영어 원문 보기
Use the identity lnx=∫1xtdt to show that ln(x) is an increasing function of x on [0,∞), and use the previous exercises to show that the range of ln(x) is (−∞,∞). Without any further assumptions, conclude that ln(x) has an inverse function defined on (−∞,∞).
잠시 동안 ex 이 lnx 의 역함수라는 사실을 모른다고 가정하되, lnx 가 (−∞,∞) 에서 정의된 역함수를 가진다는 점은 기억하세요. 이 역함수를 E 라 하세요. E′(t)=E(t) 임을 보이세요.
영어 원문 보기
Pretend, for the moment, that we do not know that ex is the inverse function of lnx, but keep in mind that lnx has an inverse function defined on (−∞,∞). Call it E. Show that E′(t)=E(t).
정답·풀이 보기
x=E(ln(x)). 그러면 1=xE′(lnx)또는x=E′(lnx). 임의의 수 t 는 어떤 x 에 대해 t=lnx 로 나타낼 수 있고, 이러한 t 에 대해 x=E(t) 이므로, 임의의 t,E′(t)=E(t) 가 성립한다.
원본 교재 풀이(영어)
x=E(ln(x)). Then, 1=xE′(lnx)orx=E′(lnx). Since any number t can be written t=lnx for some x, and for such t we have x=E(t), it follows that for any t,E′(t)=E(t).
사인 적분은 S(x)=∫0xtsintdt 로 정의되며 공학에서 중요한 양이다. 간단한 닫힌 형태의 식은 없지만, 큰 x 에 대해 그 거동을 어림할 수 있다. k≥1,∣S(2πk)−S(2π(k+1))∣≤k(2k+1)π1 임을 보이세요. (Hint:sin(t+π)=−sint)
영어 원문 보기
The sine integral, defined as S(x)=∫0xtsintdt is an important quantity in engineering. Although it does not have a simple closed formula, it is possible to estimate its behavior for large x. Show that for k≥1,∣S(2πk)−S(2π(k+1))∣≤k(2k+1)π1.(Hint:sin(t+π)=−sint)
원하는 임의의 구간 (y1,y2) 에서 임의의 일차함수 x=g(y) 를 하나 고르세요. 이 함수의 길이를 구한 다음, 기하를 이용하여 그 길이가 맞음을 증명하세요.
영어 원문 보기
Pick an arbitrary linear function x=g(y) over any interval of your choice (y1,y2). Determine the length of the function and then prove the length is correct by using geometry.
x=y2 의 (0,0)에서(1,1) 까지의 길이를 구하세요. x=(1/2)y2 의 (0,0) 에서 (2,2) 까지의 길이가 그것의 두 배임을 보이세요. 두 함수의 그래프를 그리고 왜 그런지 설명하세요.
영어 원문 보기
Solve for the length of x=y2 from (0,0)to(1,1). Show that x=(1/2)y2 from (0,0) to (2,2) is twice as long. Graph both functions and explain why this is so.
[계산기 사용] 이 자료에 가장 잘 맞는 지수 곡선은 y=40.71+1.224x 로 주어집니다. 시장의 상승분이 지속될 수 없었던 이유가 무엇이라고 생각하는지 설명하세요. 답을 뒷받침하기 위해 1계 도함수와 2계 도함수를 이용하세요. 이 모델은 2014 년의 다우존스 산업평균지수를 얼마로 예측하는지 구하세요
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영어 원문 보기
[T] The best-fit exponential curve to these data is given by y=40.71+1.224x. Why do you think the gains of the market were unsustainable? Use first and second derivatives to help justify your answer. What would this model predict the Dow Jones industrial average to be in 2014
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어떤 미분가능한 함수 u 와 v 에 대해 부분적분을 이용하여 ∫u(x)⋅v′(x)dx 의 값을 구하려고 한다고 하자. v′(x) 의 부정적분을 구해야 하는데, 택할 수 있는 것이 무수히 많다. v′(x) 의 모든 부정적분이 서로 같은 최종 결과를 준다는 것을 보이세요.
영어 원문 보기
Suppose we want to use integration by parts to evaluate ∫u(x)⋅v′(x)dx for some differentiable functions u and v. We need to find an antiderivative of v′(x), but there are infinitely many choices. Show that every antiderivative of v′(x) gives an equivalent final answer.
정답·풀이 보기
모든 부정적분은 상수만큼만 차이가 나므로, 어떤 C 에 대해 모두 v(x)+C 로 쓸 수 있다. 그러면 부분적분 공식에 의해
f(x)=2−x2 이라 하자. 구간 [a,b] 에서 연속인 임의의 함수 f 의 평균값은 b−a1∫abf(x)dx 로 주어진다는 것을 기억하세요.
(a) 구간 [0,2] 에서 f(x)=2−x2 의 평균값을 구하세요. 이 값을 r 이라 하세요.
(b) y=f(x) 와 y=r 의 그래프를 그리세요. 두 그래프의 교점을 구하세요.
(c) 구간 [0,2] 에서 y=f(x) 의 아래쪽이면서 y=r 의 위쪽에 있는 부분의 넓이가, y=r 의 아래쪽이면서 y=f(x) 의 위쪽에 있는 부분의 넓이와 같음을 보이세요.
(d) (c)의 결과는 임의의 구간에서 임의의 연속함수와 그 평균값에 대해서도 성립하나요? 그 이유를 설명하세요.
영어 원문 보기
Let f(x)=2−x2. Recall that the average value of any continuous function f on an interval [a,b] is given by b−a1∫abf(x)dx.
(a) Find the average value of f(x)=2−x2 on the interval [0,2]. Call this value r.
(b) Sketch a graph of y=f(x) and y=r. Find their intersection point(s).
(c) Show that on the interval [0,2], the amount of area that lies below y=f(x) and above y=r is equal to the amount of area that lies below y=r and above y=f(x).
(d) Will the result of (c) be true for any continuous function and its average value on any interval? Why?
정답·풀이 보기
(a) 구간 [0,2] 에서 f 의 평균값은
r=21∫022−x2dx=21(2x−3x3)02=21(22−323)=2−32=34.
(b) y=f(x) 와 y=r 의 교점은 양수 x 에 대하여 2−x2=34 일 때 생기며, 이로부터 x2=32 이므로 x=36 이다. f 의 그래프, y=r 의 그래프와 교점은 다음 그림과 같다.
(c) 아래 그림과 같이, 구간 [0,36] 에서 y=f(x) 의 아래쪽이면서 y=r 의 위쪽에 있는 부분의 넓이를 A1, 구간 [36,2] 에서 y=r 의 아래쪽이면서 y=f(x) 의 위쪽에 있는 영역의 넓이를 A2 라 하자. 그러면
A1=∫06/3(2−x2)−34dx=∫06/332−x2dx=(32x−3x3)06/3=(32)(36)−(31)(36)3=926−8166=2746. 그리고
A2=∫6/3234−(2−x2)dx=∫6/32x2−32dx=(3x3−32x)6/32=(322−322)−(31)(36)3−(32)(36)=2746. 따라서 A1=A2 이다.
(d) 답은 예이다. AV 를 구간 [a,b] 에서 함수 f 의 평균값이라 하자. 평균값의 정의에 의해
AV(b−a)=∫abf(x)dx, 이며, 이는 밑변이 (b−a) 이고 높이가 AV 인 직사각형의 넓이로 볼 수도 있다. 이제 구간 [a,b] 에서 f 의 그래프의 위쪽이면서 직선 y=AV 의 아래쪽에 있는 영역의 넓이를 R1, 구간 [a,b] 에서 f 의 그래프의 아래쪽이면서 직선 y=AV 의 위쪽에 있는 영역의 넓이를 R2 라 하자. 아래 그림은 정적분의 값이 직사각형의 넓이에 직사각형 위쪽의 넓이를 더하고 직사각형 아래쪽의 넓이를 뺀 것과 같음을 보여 주며, 즉
∫abf(x)dx=AV(b−a)+R2−R1. 이미 AV(b−a)=∫abf(x)dx 임을 보였으므로 R2−R1=0 이다. 따라서 [a,b] 에서 y=f(x) 의 아래쪽이면서 y=AV 의 위쪽에 있는 영역의 넓이는, y=AV 의 아래쪽이면서 y=f(x) 의 위쪽에 있는 넓이와 같다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) The average value of f on the interval [0,2] is
r=21∫022−x2dx=21(2x−3x3)02=21(22−323)=2−32=34.
(b) The intersection point of y=f(x) and y=r occurs, for positive x, when 2−x2=34, from which it follows that x2=32 and thus x=36. A graph of f, y=r, and the intersection point is shown in the following figure.
(c) Let A1 be the area that lies below y=f(x) and above y=r on the interval [0,36] and A2 the are of the region that lies below y=r and above y=f(x) on [36,2] as illustrated in the figure below. Then
A1=∫06/3(2−x2)−34dx=∫06/332−x2dx=(32x−3x3)06/3=(32)(36)−(31)(36)3=926−8166=2746. and
A2=∫6/3234−(2−x2)dx=∫6/32x2−32dx=(3x3−32x)6/32=(322−322)−(31)(36)3−(32)(36)=2746. Hence A1=A2 as desired.
(d) The answer is yes. Let AV is the average value of a function f on an interval [a,b]. By the definition of average value,
AV(b−a)=∫abf(x)dx, which can also be viewed as the area of the rectangle with base (b−a) and height AV. Now suppose that the area of the region above the graph of f and below the line y=AV on the interval [a,b] is R1 and the area of the region below the graph of f and above the line y=AV on the interval [a,b] is R2. The figure below illustrates that the value of the definite integral is the area of the rectangle plus the area above the rectangle minus the area below the rectangle, or
∫abf(x)dx=AV(b−a)+R2−R1. Having already established that AV(b−a)=∫abf(x)dx, it follows that R2−R1=0. So the area of the region that lies below y=f(x) and above y=AV is equal to the amount of area that lies below y=AV and above y=f(x) on [a,b].