유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
3문제 · 1 / 1쪽
1.CLP-2 · 1.12절 · 17번대학 수준우리말 번역
직선 y=x211 의 x=a 부터 x=1 까지의 부분을 y축을 중심으로 회전시켜 부부젤라 모양의 키 큰 입체를 만든다. 여기서 a 는 0과 1 사이의 어떤 상수이다.
참 또는 거짓: 상수 M 이 아무리 크더라도, 부피가 M 보다 큰 입체를 만드는 a 의 값이 존재한다.
영어 원문 보기
We craft a tall, vuvuzela-shaped solid by rotating the line y=x211 from x=a to x=1 about the y-axis, where a is some constant between 0 and 1.
True or false: No matter how large a constant M is, there is some value of a that makes a solid with volume larger than M.
답 쓰고 채점
정답·풀이 보기
입체의 부피를 구하기 위해, 입체를 얇은 원판 모양의 가로 단면으로 자른다. 높이 y 에서 원판의 반지름은 x=y1 이고 두께는 dy 이므로, 그 부피는 y2πdy 이다. 입체의 밑면은 높이 y=1 에 있고, 꼭대기는 높이 y=a1 에 있다. 따라서 입체 전체의 부피는 다음과 같다.
∫11/ay2πdy=[−yπ]11/a=π(1−a)
a 를 0에 점점 더 가깝게 하면 부피는 커져서 π 단위에 점점 가까워지지만, 결코 π 에 이르지는 못한다.
따라서 주어진 명제는 거짓이다. 예를 들어 M=4 로 두면, 어떤 a 를 택하더라도 이 입체의 부피는 M 보다 확실히 작다.
참고: 앞에서 ∫01x1dx 가 발산함을 보았다. a=0 으로 택했을 때 만들어질 입체를 생각하면, 그 부피는 겨우 π 세제곱 단위에 불과하지만, 그 실루엣(옆에서 본 모양)의 넓이는 무한하다.
원본 교재 풀이(영어)
To find the volume of the solid, we cut it into horizontal slices, which are thin circular disks. At height y, the disk has radius x=y1 and thickness dy, so its volume is y2πdy. The base of the solid is at height y=1, and its top is at height y=a1. So, the volume of the entire solid is:
∫11/ay2πdy=[−yπ]11/a=π(1−a)
If we imagine sliding a closer and closer to 0, the volume increases, getting closer and closer to π units, but never quite reaching it.
So, the statement is false. For example, if we set M=4, no matter which a we choose our solid has volume strictly less than M.
Remark: we've seen before that ∫01x1dx diverges. If we imagine the solid that would result from choosing a=0, it would have a scant volume of π cubic units, but a silhouette (side view) of infinite area.
Mn,t 를 n 개의 같은 길이의 부분구간으로 나눈 ∫0t1+xe−xdx 의 중점 규칙 근삿값이라 하자.
Mn,t 와 ∫0∞1+xe−xdx 의 차가 10−4 이하가 되도록 하는 t 의 값과 n 의 값을 구하세요.
중점 규칙을 n 개의 부분구간으로 사용할 때 생기는 오차 En 은 다음을 만족함을 기억하세요.
∣En∣≤24n2M(b−a)3
여기서 M 은 피적분함수의 이계도함수의 절댓값의 최댓값이고, a 와 b 는 적분 구간의 양 끝점이다.
영어 원문 보기
Let Mn,t be the Midpoint Rule approximation for
∫0t1+xe−xdx with n equal subintervals.
Find a value of t and a value of n such that Mn,t differs
from ∫0∞1+xe−xdx by at most 10−4.
Recall that the error En introduced when the Midpoint
Rule is used with n subintervals obeys
∣En∣≤24n2M(b−a)3
where M is the maximum absolute value of the second derivative of the
integrand and a and b are the end points of the interval of integration.
정답·풀이 보기
오차의 원인은 두 가지이다. 하나는 위끝이 무한대가 아니라 t 라는 것이고, 다른 하나는 유한한 개수 n 의 구간으로 근사한다는 것이다. 먼저 오차가 2110−4 이하가 되도록 하는 t 의 값을 찾는다. 즉 ∫t∞1+xe−xdx≤2110−4 이 되는 t 를 찾는다. 그 다음에 ∫0tx+1e−xdx 를 2110−4 이내로 근사하는 n 의 값을 찾는다. 그러면 전체 오차는 최대 2110−4+2110−4=10−4 이 되어 원하는 결과를 얻는다. (오차를 2110−4 과 2110−4 이 아닌 다른 방식으로 나눌 수도 있다. 이렇게 하면 가능한 여러 답 중 하나를 얻게 된다.)
∫t∞1+xe−xdx≤2110−4 이 되는 t 를 찾자.
모든 x≥0 에 대해
0<1+xe−x≤e−x 이므로
There are two sources of error: the upper bound is t, rather than infinity, and we're using an approximation with some finite number of intervals, n. Our plan is to first find a value of t that introduces an error of no more than 2110−4. That is, we'll find a value of t such that ∫t∞1+xe−xdx≤2110−4. After that, we'll find a value of n that approximates ∫0tx+1e−xdx to within 2110−4. Then, all together, our error will be at most 2110−4+2110−4=10−4, as desired. (Note we could have broken up the error in another way—it didn't have to be 2110−4 and 2110−4. This will give us one of many possible answers.)
Let's find a t such that
∫t∞1+xe−xdx≤2110−4.
For all x≥0,
0<1+xe−x≤e−x, so
∫t∞1+xe−xdx≤∫t∞e−xdx=e−twhere (∗) is true if t≤(∗)2110−4≥−log(2110−4)≈9.90
Choose, for example, t=10.
Now it's time to decide how many intervals we're going to use to approximate ∫0tx+1e−xdx. Again, we want our error to be less than 2110−4. To bound our error, we need to know the second derivative of x+1e−x.
True or false:
There is some real number x, with x≥1, such that ∫0xet1dt=1.
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정답·풀이 보기
F(x)=∫0xet1dt 라 하자.
F(x)=∫0xet1dt=[−et1]0x=e01−ex1<e01=1
따라서 주어진 명제는 거짓이다. F(x)=1 인 x 는 존재하지 않는다. 모든 실수 x 에 대해 F(x)<e01=1 이다.
여기서 x→∞lim∫0xet1dt=1 임에 주목하자. 즉 x 가 커질수록 F(x) 와 1 의 차는 한없이 작아진다. 그러나 F(x) 가 정확히 1 과 같아지는 실수 x 의 값은 없다.
원본 교재 풀이(영어)
Define F(x)=∫0xet1dt.
F(x)=∫0xet1dt=[−et1]0x=e01−ex1<e01=1
So, the statement is false: there is no x such that F(x)=1. For every real x, F(x)<e01=1.
We note here that x→∞lim∫0xet1dt=1. So, as x grows larger, the gap between F(x) and 1 grows infintesimally small. But there is no real value of x where F(x) is exactly equal to 1.