문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 적분법

정적분과 급수(구분구적법)

직사각형 넓이의 합(리만 합)의 극한을 정적분으로 바꾸거나 넓이를 근사한다

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

22문제 · 2 / 2쪽

21.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)
22.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
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