유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
6문제 · 1 / 1쪽
1.OpenStax 1권 · 6.1절 · 41번우리말 풀이
다음 문제에서 주어진 식으로 둘러싸인 영역의 넓이를 정확히 구하세요. 교점을 직접 구할 수 없으면 계산기로 교점을 소수 셋째 자리까지 어림하여 근사한 넓이를 구하세요.
[계산기 사용]x=4−y2 그리고 y2=1+x2
영어 원문 보기
For the following exercises, find the exact area of the region bounded by the given equations if possible. If you are unable to determine the intersection points analytically, use a calculator to approximate the intersection points with three decimal places and determine the approximate area of the region.
[T]x=4−y2andy2=1+x2
답 쓰고 채점
풀이 보기
두 곡선의 교점으로 적분 구간을 정하고, 구간마다 (위쪽 곡선 − 아래쪽 곡선)을 적분해요.
1
먼저 교점부터 구해요. 적분 구간은 두 곡선이 만나는 곳에서 정해지기 때문이에요. x=4−y2 는 x2+y2=4 (반지름 2인 원)의 오른쪽 반이에요. 여기서 x2=4−y2 를 y2=1+x2 에 대입하면
y2=1+(4−y2)⇒2y2=5⇒y2=25,x2=23
교점은 (23,±25)≈(1.225,±1.581) 이에요.
2
영역의 모양을 생각해요.y2=1+x2 은 위쪽 가지 y=1+x2 와 아래쪽 가지 y=−1+x2 로 이루어져요. x=0 에서 위쪽 가지는 y=1, 원은 y=2 이므로 0≤x≤3/2 에서 원이 위, 쌍곡선이 아래예요. 원과 쌍곡선이 모두 x축에 대칭이라서 위쪽 조각과 아래쪽 조각의 넓이가 같아요.
원시함수로 계산해요. 다음 공식을 써요(계산기나 적분표를 써도 돼요).
∫4−x2dx=2x4−x2+2sin−12x,∫1+x2dx=2x1+x2+21ln(x+1+x2)x=3/2 를 넣으면 앞의 항 2x⋅ 는 둘 다 415 로 같아서 서로 지워지고, 위쪽 조각은 약 0.802 가 나와요. 2배 하면 A≈1.605 예요.
We will compute the area by using thin vertical strips, as in
the sketch below:
By looking at the sketch above, we guess the line y=4+2π−2x intersects the curve
y=4+πsinx when x=2π,x=π, and x=23π. Let's make sure these are correct by plugging them into the two equations, and making sure the y-values match:
When 2π≤x≤π, the top of the strip is at
y=4+πsinx and the bottom of the strip is at y=4+2π−2x.
So the strip has height [(4+πsinx)−(4+2π−2x)]
and width dx, and hence area
[(4+πsinx)−(4+2π−2x)]dx.
When π≤x≤23π, the top of the strip is at
y=4+2π−2x and the bottom of the strip is at y=4+πsinx.
So the strip has height [(4+2π−2x)−(4+πsinx)]
and width dx, and hence area
[(4+2π−2x)−(4+πsinx)]dx.
We need to figure out which curve is on top, when. To do this, set h(x)=3x−x25−x2. If h(x)>0, then y=3x is the top curve; if h(x)<0, then y=x25−x2 is the top curve.
h(x)We only care about values of x in [0,4], so x is nonnegative. Then h(x) is positive when:39x2x=3x−x25−x2=x[3−25−x2]>25−x2>25−x2>16>4
That is, h(x) is never positive over the interval [0,4]. So, y=x25−x2 lies above y=3x for all 0≤x≤4.
y=9−x2 의 아래쪽, y=x 의 아래쪽, 그리고 y=1−(x−1)2 의 위쪽에 있는 유한한 영역의 넓이를 구하세요.
영어 원문 보기
Find the area of the finite region below y=9−x2 and y=x, and above y=1−(x−1)2.
답 쓰고 채점
정답·풀이 보기
먼저 영역을 그려 보자. y=9−x2 은 원점을 중심으로 하고 반지름이 3인 원의 위쪽 반원이고, y=1−(x−1)2 은 (1,0) 을 중심으로 하고 반지름이 1인 원의 위쪽 반원이다.
y=x 는 y=1−(x−1)2 과 (1,1) 에서 만나며, 이 점은 작은 반원의 가장 높은 점이다.
삼각형과 원의 부채꼴의 넓이는 쉽게 구할 수 있다. 이를 염두에 두고 영역을 다음과 같이 나눈다.
구하는 넓이는 A3−(A1+A2) 이다.
A1 은 밑변의 길이가 1이고 높이가 1인 직각삼각형의 넓이이므로 A1=21 이다.
A2 는 반지름이 1인 원의 사분원의 넓이이므로 A2=4π 이다.
A3 은 반지름이 3인 원의 8분의 1의 넓이이므로 A3=89π 이다.
따라서 이 영역의 넓이는 89π−21−4π=87π−21 이다.
원본 교재 풀이(영어)
Let's begin by sketching our region. Note that y=9−x2 is the top half of a circle centred at the origin with radius 3, while y=1−(x−1)2 is the top half of a circle of radius 1 centred at (1,0).
Note y=x intersects y=1−(x−1)2 at (1,1), the highest part of the smaller half-circle.
We can easily take the area of triangles and sectors of circles. With that in mind, we cut up our region the following way:
The desired area is A3−(A1+A2).
A1 is the area of right a triangle with base 1 and height 1, so A1=21.
A2 is the area of a quarter circle of radius 1, so A2=4π.
A3 is the area of an eighth of a circle of radius 3, so A3=89π
So, the area of our region is 89π−21−4π=87π−21.
따라서 세 교점은 x=2 일 때와 x=−1±2 일 때이다. 다음이 성립한다. −1−2<−1+2<−1+4<2. 그러므로 두 구간 [−1−2,−1+2] 와 [−1+2,2] 에서 각각 어느 함수가 위에 있는지 알아보아야 한다. 각 구간의 한 점에서 확인하면 충분하다.
x01x(x2−4)0-3x−2−2−1위쪽함수:x(x2−4)x−2
0 은 구간 [−1−2,−1+2] 에 속하므로, 이 구간에서는 x(x2−4) 가 위쪽 함수이다.
1 은 구간 [−1+2,2] 에 속하므로, 이 구간에서는 x−2 가 위쪽 함수이다. 이제 넓이를 구하는 적분을 세울 수 있다.
So, our three points of intersection are when x=2 and when x=−1±2. We note −1−2<−1+2<−1+4<2. So, we need to see which function is on top over the two intervals [−1−2,−1+2] and [−1+2,2]. It suffices to check points in these intervals.
x01x(x2−4)0-3x−2−2−1top function:x(x2−4)x−2
Since 0 is in the interval [−1−2,−1+2], x(x2−4) is the top function in that interval.
Since 1 is in the interval [−1+2,2], x−2 is the top function in that interval. Now we can set up the integral to evaluate the area:
AreaAfter some taxing but rudimentary algebra:=∫−1−2−1+2[x(x2−4)−(x−2)]dx=∫−1−2−1+2[x3−5x+2]dx=[41x4−25x2+2x]−1−2−1+2=(82)+(42−413)=122−413+++∫−1+22[(x−2)−x(x2−4)]dx∫−1+22[−x3+5x−2]dx[−41x4+25x2−2x]−1+22