문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 적분 기법

수치적분

중점·사다리꼴·심프슨 공식으로 정적분을 근사하고 오차를 어림한다

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

84문제 · 4 / 5쪽

61.APEX · 5.5절 · 13번대학 수준우리말 번역

연습문제 13–20에서 n=6n=6 인 사다리꼴 공식과 심프슨 공식으로 정적분의 근삿값을 구하세요.

∫01cos⁡(x2) dx\displaystyle \int_{0}^{1} \cos \big(x^2\big) \ dx

영어 원문 보기

In Exercises 13–20, approximate the definite integral with the Trapezoidal Rule and Simpson's Rule, with n=6n=6.

∫01cos⁡(x2) dx\displaystyle \int_{0}^{1} \cos \big(x^2\big) \ dx

정답·풀이 보기

사다리꼴 공식: 0.90060.9006

심프슨 공식: 0.904520.90452

원본 교재 풀이(영어)

Trapezoidal Rule: 0.90060.9006

Simpson's Rule: 0.904520.90452

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.6절 · 25번
# 수치적분계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
62.APEX · 5.5절 · 14번대학 수준우리말 번역

연습문제 13–20에서 n=6n=6 인 사다리꼴 공식과 심프슨 공식으로 정적분의 근삿값을 구하세요.

∫−11ex2 dx\displaystyle \int_{-1}^{1} e^{x^2} \ dx

영어 원문 보기

In Exercises 13–20, approximate the definite integral with the Trapezoidal Rule and Simpson's Rule, with n=6n=6.

∫−11ex2 dx\displaystyle \int_{-1}^{1} e^{x^2} \ dx

정답·풀이 보기

사다리꼴 공식: 3.02413.0241

심프슨 공식: 2.93152.9315

원본 교재 풀이(영어)

Trapezoidal Rule: 3.02413.0241

Simpson's Rule: 2.93152.9315

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.6절 · 21번
# 수치적분계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
63.APEX · 5.5절 · 15번대학 수준우리말 번역

연습문제 13–20에서 n=6n=6 인 사다리꼴 공식과 심프슨 공식으로 정적분의 근삿값을 구하세요.

∫05x2+1 dx\displaystyle \int_{0}^{5} \sqrt{x^2+1} \ dx

영어 원문 보기

In Exercises 13–20, approximate the definite integral with the Trapezoidal Rule and Simpson's Rule, with n=6n=6.

∫05x2+1 dx\displaystyle \int_{0}^{5} \sqrt{x^2+1} \ dx

정답·풀이 보기

사다리꼴 공식: 13.960413.9604

심프슨 공식: 13.906613.9066

원본 교재 풀이(영어)

Trapezoidal Rule: 13.960413.9604

Simpson's Rule: 13.906613.9066

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.11절 · 9번
# 수치적분계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
64.APEX · 5.5절 · 16번대학 수준우리말 번역

연습문제 13–20에서 n=6n=6 으로 사다리꼴 공식과 심프슨 공식을 사용하여 정적분의 근삿값을 구하세요.

∫0πxsin⁡x dx\displaystyle \int_{0}^{\pi} x\sin x \ dx

영어 원문 보기

In Exercises 13–20, approximate the definite integral with the Trapezoidal Rule and Simpson's Rule, with n=6n=6.

∫0πxsin⁡x dx\displaystyle \int_{0}^{\pi} x\sin x \ dx

정답·풀이 보기

사다리꼴 공식: 3.06953.0695

심프슨 공식: 3.142953.14295

원본 교재 풀이(영어)

Trapezoidal Rule: 3.06953.0695

Simpson's Rule: 3.142953.14295

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.6절 · 11번
# 수치적분계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
65.APEX · 5.5절 · 17번대학 수준우리말 번역

연습문제 13–20에서 n=6n=6 으로 사다리꼴 공식과 심프슨 공식을 사용하여 정적분의 근삿값을 구하세요.

∫0π/2cos⁡x dx\displaystyle \int_{0}^{\pi/2} \sqrt{\cos x} \ dx

영어 원문 보기

In Exercises 13–20, approximate the definite integral with the Trapezoidal Rule and Simpson's Rule, with n=6n=6.

∫0π/2cos⁡x dx\displaystyle \int_{0}^{\pi/2} \sqrt{\cos x} \ dx

정답·풀이 보기

사다리꼴 공식: 1.17031.1703

심프슨 공식: 1.18731.1873

원본 교재 풀이(영어)

Trapezoidal Rule: 1.17031.1703

Simpson's Rule: 1.18731.1873

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.11절 · 31번
# 수치적분계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
66.APEX · 5.5절 · 18번대학 수준우리말 번역

연습문제 13–20에서 n=6n=6 으로 사다리꼴 공식과 심프슨 공식을 사용하여 정적분의 근삿값을 구하세요.

∫14ln⁡x dx\displaystyle \int_{1}^{4} \ln x \ dx

영어 원문 보기

In Exercises 13–20, approximate the definite integral with the Trapezoidal Rule and Simpson's Rule, with n=6n=6.

∫14ln⁡x dx\displaystyle \int_{1}^{4} \ln x \ dx

정답·풀이 보기

사다리꼴 공식: 2.529712.52971

심프슨 공식: 2.54472.5447

원본 교재 풀이(영어)

Trapezoidal Rule: 2.529712.52971

Simpson's Rule: 2.54472.5447

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.6절 · 41번
# 수치적분계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
67.APEX · 5.5절 · 19번대학 수준우리말 번역

연습문제 13–20에서 n=6n=6 으로 사다리꼴 공식과 심프슨 공식을 사용하여 정적분의 근삿값을 구하세요.

∫−111sin⁡x+2 dx\displaystyle \int_{-1}^{1} \frac{1}{\sin x+2} \ dx

영어 원문 보기

In Exercises 13–20, approximate the definite integral with the Trapezoidal Rule and Simpson's Rule, with n=6n=6.

∫−111sin⁡x+2 dx\displaystyle \int_{-1}^{1} \frac{1}{\sin x+2} \ dx

정답·풀이 보기

사다리꼴 공식: 1.08031.0803

심프슨 공식: 1.0771.077

원본 교재 풀이(영어)

Trapezoidal Rule: 1.08031.0803

Simpson's Rule: 1.0771.077

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.6절 · 29번
# 수치적분계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
68.APEX · 5.5절 · 20번대학 수준우리말 번역

연습문제 13–20에서 n=6n=6 으로 사다리꼴 공식과 심프슨 공식을 사용하여 정적분의 근삿값을 구하세요.

∫061sin⁡x+2 dx\displaystyle \int_{0}^{6} \frac{1}{\sin x+2} \ dx

영어 원문 보기

In Exercises 13–20, approximate the definite integral with the Trapezoidal Rule and Simpson's Rule, with n=6n=6.

∫061sin⁡x+2 dx\displaystyle \int_{0}^{6} \frac{1}{\sin x+2} \ dx

정답·풀이 보기

사다리꼴 공식: 3.54723.5472

심프슨 공식: 3.61333.6133

원본 교재 풀이(영어)

Trapezoidal Rule: 3.54723.5472

Simpson's Rule: 3.61333.6133

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 5.5절 · 1번
# 수치적분계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
69.APEX · 5.5절 · 21번대학 수준우리말 번역

연습문제 21–24에서, 다음 정적분을 근삿값으로 구할 때 오차가 0.00010.0001 보다 작도록 하는 nn 을 구하세요. 사용하는 방법은 다음과 같습니다.

(a) 사다리꼴 공식 (b) 심프슨 공식

∫0πsin⁡x dx\displaystyle \int_{0}^{\pi} \sin x \ dx

영어 원문 보기

In Exercises 21–24, find nn such that the error in approximating the given definite integral is less than 0.00010.0001 when using:

(a) the Trapezoidal Rule (b) Simpson's Rule

∫0πsin⁡x dx\displaystyle \int_{0}^{\pi} \sin x \ dx

정답·풀이 보기

(a) n=161n=161 (max⁡(f ′′(x))=1\max\big(f\,''(x)\big)=1 을 이용) (b) n=12n=12 (max⁡(f (4)(x))=1\max\big(f\,^{(4)}(x)\big)=1 을 이용)

원본 교재 풀이(영어)

(a) n=161n=161 (using max⁡(f ′′(x))=1\max\big(f\,''(x)\big)=1) (b) n=12n=12 (using max⁡(f (4)(x))=1\max\big(f\,^{(4)}(x)\big)=1)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.6절 · 5번
# 수치적분계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
70.APEX · 5.5절 · 22번대학 수준우리말 번역

연습문제 21–24에서, 다음 정적분을 근삿값으로 구할 때 오차가 0.00010.0001 보다 작도록 하는 nn 을 구하세요. 사용하는 방법은 다음과 같습니다.

(a) 사다리꼴 공식 (b) 심프슨 공식

∫141x dx\displaystyle \int_{1}^{4} \frac{1}{\sqrt x} \ dx

영어 원문 보기

In Exercises 21–24, find nn such that the error in approximating the given definite integral is less than 0.00010.0001 when using:

(a) the Trapezoidal Rule (b) Simpson's Rule

∫141x dx\displaystyle \int_{1}^{4} \frac{1}{\sqrt x} \ dx

정답·풀이 보기

(a) n=150n=150 (max⁡(f ′′(x))=1\max\big(f\,''(x)\big)=1 을 이용) (b) n=18n=18 (max⁡(f (4)(x))=7\max\big(f\,^{(4)}(x)\big)=7 을 이용)

원본 교재 풀이(영어)

(a) n=150n=150 (using max⁡(f ′′(x))=1\max\big(f\,''(x)\big)=1) (b) n=18n=18 (using max⁡(f (4)(x))=7\max\big(f\,^{(4)}(x)\big)=7)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.11절 · 3번
# 수치적분계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
71.APEX · 5.5절 · 23번대학 수준우리말 번역

연습문제 21–24에서, 다음 정적분을 근삿값으로 구할 때 오차가 0.00010.0001 보다 작도록 하는 nn 을 구하세요. 사용하는 방법은 다음과 같습니다.

(a) 사다리꼴 공식 (b) 심프슨 공식

∫0πcos⁡(x2) dx\displaystyle \int_{0}^{\pi} \cos \big(x^2\big) \ dx

영어 원문 보기

In Exercises 21–24, find nn such that the error in approximating the given definite integral is less than 0.00010.0001 when using:

(a) the Trapezoidal Rule (b) Simpson's Rule

∫0πcos⁡(x2) dx\displaystyle \int_{0}^{\pi} \cos \big(x^2\big) \ dx

정답·풀이 보기

(a) n=1004n=1004 (max⁡(f ′′(x))=39\max\big(f\,''(x)\big)=39 를 이용) (b) n=62n=62 (max⁡(f (4)(x))=800\max\big(f\,^{(4)}(x)\big)=800 을 이용)

원본 교재 풀이(영어)

(a) n=1004n=1004 (using max⁡(f ′′(x))=39\max\big(f\,''(x)\big)=39) (b) n=62n=62 (using max⁡(f (4)(x))=800\max\big(f\,^{(4)}(x)\big)=800)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.6절 · 23번
# 수치적분계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
72.APEX · 5.5절 · 24번대학 수준우리말 번역

연습문제 21–24에서, 다음 정적분을 근삿값으로 구할 때 오차가 0.00010.0001 보다 작도록 하는 nn 을 구하세요. 사용하는 방법은 다음과 같습니다.

(a) 사다리꼴 공식 (b) 심프슨 공식

∫05x4 dx\displaystyle \int_{0}^{5} x^4 \ dx

영어 원문 보기

In Exercises 21–24, find nn such that the error in approximating the given definite integral is less than 0.00010.0001 when using:

(a) the Trapezoidal Rule (b) Simpson's Rule

∫05x4 dx\displaystyle \int_{0}^{5} x^4 \ dx

정답·풀이 보기

(a) n=5591n=5591 (max⁡(f ′′(x))=300\max\big(f\,''(x)\big)=300 을 이용) (b) n=46n=46 (max⁡(f (4)(x))=24\max\big(f\,^{(4)}(x)\big)=24 를 이용)

원본 교재 풀이(영어)

(a) n=5591n=5591 (using max⁡(f ′′(x))=300\max\big(f\,''(x)\big)=300) (b) n=46n=46 (using max⁡(f (4)(x))=24\max\big(f\,^{(4)}(x)\big)=24)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 5.6절 · 7번
# 수치적분계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
73.APEX · 5.5절 · 25번대학 수준우리말 번역

연습문제 25–26에서 어떤 영역이 주어져 있습니다. 심프슨 공식을 이용하여 그 영역의 넓이를 구하세요.

(a) 측정값의 단위가 센티미터이고 1 cm 간격으로 측정한 경우 (b) 측정값의 단위가 100야드이고 100 yd 간격으로 측정한 경우

그림

영어 원문 보기

In Exercises 25–26, a region is given. Find the area of the region using Simpson's Rule:

(a) where the measurements are in centimeters, taken in 1 cm increments, and (b) where the measurements are in hundreds of yards, taken in 100 yd increments.

figure

정답·풀이 보기

(a) 넓이는 30.866730.8667 cm2^2 이다. (b) 넓이는 308,667308,667 yd2^2 이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Area is 30.866730.8667 cm2^2. (b) Area is 308,667308,667 yd2^2.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 5.6절 · 5번
# 수치적분그래프·표 해석자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
74.APEX · 5.5절 · 26번대학 수준우리말 번역

연습문제 25–26번에서 영역이 주어져 있다. 심프슨 법칙을 이용하여 그 영역의 넓이를 구하세요:

(a) 측정값의 단위가 센티미터이고 1 cm 간격으로 측정한 경우, 그리고 (b) 측정값의 단위가 100 야드이고 100 yd 간격으로 측정한 경우.

그림

영어 원문 보기

In Exercises 25–26, a region is given. Find the area of the region using Simpson's Rule:

(a) where the measurements are in centimeters, taken in 1 cm increments, and (b) where the measurements are in hundreds of yards, taken in 100 yd increments.

figure

정답·풀이 보기

(a) 넓이는 25.0667 cm2^2 이다. (b) 넓이는 250,667 yd2^2 이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Area is 25.0667 cm2^2 (b) Area is 250,667 yd2^2

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.6절 · 1번
# 수치적분그래프·표 해석자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
75.CLP-2 · 1.11절 · 1번대학 수준우리말 번역

어떤 물체의 부피를 1.5m31.5 \mathrm{m}^3 로 어림했는데, 정확한 부피는 1.387m31.387 \mathrm{m}^3 이다. 이 어림값의 상대오차, 절대오차, 백분율 오차를 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose we approximate an object to have volume 1.5m31.5 \mathrm{m}^3, when its exact volume is 1.387m31.387 \mathrm{m}^3. Give the relative error, absolute error, and percent error of our approximation.

정답·풀이 보기

절대오차는 두 값의 차이다: ∣1.387−1.5∣=0.113|1.387-1.5| = 0.113 상대오차는 절대오차를 정확한 값으로 나눈 것이다: 0.1131.387≈0.08147\frac{0.113}{1.387}\approx 0.08147 백분율 오차는 상대오차의 100배이다: ≈8.147%\approx 8.147\%

원본 교재 풀이(영어)

The absolute error is the difference between the two values: ∣1.387−1.5∣=0.113|1.387-1.5| = 0.113 The relative error is the absolute error divided by the exact value: 0.1131.387≈0.08147\frac{0.113}{1.387}\approx 0.08147 The percent error is 100 times the relative error: ≈8.147%\approx 8.147\%

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.11절 · 2번
# 수치적분계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
76.CLP-2 · 1.11절 · 2번대학 수준우리말 번역

아래 그래프에 나타난 함수 f(x)f(x) 에 대하여 ∫210f(x) dx\displaystyle\int_2^{10} f(x)~\mathrm{d}x 의 근삿값을 구하는 경우를 생각하자.

그림

(a) n=4n=4 일 때 중점 법칙을 이용한 근삿값에 해당하는 직사각형을 그리세요. (b) 사다리꼴 법칙을 이용한 근삿값과 n=4n=4 에 해당하는 사다리꼴을 그리세요.

근삿값을 구할 필요는 없습니다.

영어 원문 보기

Consider approximating ∫210f(x) dx\displaystyle\int_2^{10} f(x)~\mathrm{d}x, where f(x)f(x) is the function in the graph below.

figure

(a) Draw the rectangles associated with the midpoint rule approximation and n=4n=4. (b) Draw the trapezoids associated with the trapezoidal rule approximation and n=4n=4.

You don't have to give an approximation.

정답·풀이 보기

중점 법칙:

그림

사다리꼴 법칙:

그림

원본 교재 풀이(영어)

Midpoint rule:

figure

Trapezoidal rule:

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.11절 · 3번
# 수치적분그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
77.CLP-2 · 1.11절 · 3번대학 수준우리말 번역

f(x)=−112x4+76x3−3x2f(x) = -\dfrac{1}{12}x^4+\dfrac{7}{6}x^3-3x^2 이라 하자.

(a) 모든 1≤x≤61 \leq x \leq 6 에 대해 ∣f′′(x)∣≤M|f''(x)| \leq M 을 만족시키는 적당한 값 MM 을 구하세요. (b) 모든 1≤x≤61 \leq x \leq 6 에 대해 ∣f(4)(x)∣≤L|f^{(4)}(x)| \leq L 을 만족시키는 적당한 값 LL 을 구하세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=−112x4+76x3−3x2f(x) = -\dfrac{1}{12}x^4+\dfrac{7}{6}x^3-3x^2.

(a) Find a reasonable value MM such that ∣f′′(x)∣≤M|f''(x)| \leq M for all 1≤x≤61 \leq x \leq 6. (b) Find a reasonable value LL such that ∣f(4)(x)∣≤L|f^{(4)}(x)| \leq L for all 1≤x≤61 \leq x \leq 6.

정답·풀이 보기

(a) 미분하면 f′′(x)=−x2+7x−6f''(x) = -x^2+7x-6 임을 알 수 있다. f′′(x)f''(x) 는 이차식이므로 그 그래프의 대략적인 모양을 잘 알 수 있다.

  • 이 식은 f(x)=−(x−6)(x−1)f(x) = -(x-6)(x-1) 로 인수분해되므로, 두 근은 x=6x=6 과 x=1x=1 이다.
  • 포물선의 “평평한 부분"은 x=3.5x=3.5 에 있다(x=1x=1 과 x=6x=6 의 정확히 가운데이기 때문이다. 또는 f′′′(3.5)=0f'''(3.5)=0 임을 확인해도 된다).
  • x2x^2 의 계수가 음수이므로, f(x)f(x) 는 −∞-\infty 에서 3.53.5 까지 증가하고, 3.53.5 에서 ∞\infty 까지 감소한다.

따라서 구간 [1,6][1,6] 에서 f′′(x)f''(x) 의 가장 큰 양의 값은 x=3.5x=3.5 일 때 나타나며, 그 값은 f′′(3.5)=−(3.5−6)(3.5−1)=6.25f''(3.5) = -(3.5-6)(3.5-1)=6.25 이다.

그림

그러므로 M=6.25M=6.25 로 잡는다. (b) 더 미분하면 f(4)(x)=−2f^{(4)}(x)=-2 이다. 이것은 어디서나 상수이므로 L=∣−2∣=2L=|-2|=2 로 잡는다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Differentiating, we find f′′(x)=−x2+7x−6f''(x) = -x^2+7x-6. Since f′′(x)f''(x) is quadratic, we have a pretty good idea of what it looks like.

  • It factors as f(x)=−(x−6)(x−1)f(x) = -(x-6)(x-1), so its two roots are at x=6x=6 and x=1x=1.
  • The “flat part" of the parabola is at x=3.5x=3.5 (since this is exactly half way between x=1x=1 and x=6x=6; alternately, we can check that f′′′(3.5)=0f'''(3.5)=0).
  • Since the coefficient of x2x^2 is negative, f(x)f(x) is increasing from −∞-\infty to 3.53.5, then decreasing from 3.53.5 to ∞\infty.

Therefore, over the interval [1,6][1,6], the largest positive value of f′′(x)f''(x) occurs when x=3.5x=3.5, and this is f′′(3.5)=−(3.5−6)(3.5−1)=6.25f''(3.5) = -(3.5-6)(3.5-1)=6.25.

figure

So, we take M=6.25M=6.25. (b) We differentiate further to find f(4)(x)=−2f^{(4)}(x)=-2. This is constant everywhere, so we take L=∣−2∣=2L=|-2|=2.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.11절 · 7번
# 수치적분계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
78.CLP-2 · 1.11절 · 7번대학 수준우리말 번역

어머니의 나이는 100세 미만이고, 나의 나이는 200세 미만이라고 하자. (이 이야기는 어딘가로 이어진다.) 누가 더 나이가 많은지 말하세요.

영어 원문 보기

Suppose my mother is under 100 years old, and I am under 200 years old. (We're going somewhere with this.) Who is older?

정답·풀이 보기

어떤 합리적인 가정을 하더라도(내가 어머니보다 나이가 많은 상황을 만들어 내려다 들킨 사람은 최고 보안 등급의 대학원으로 보내질 것이다.) 어머니가 나보다 나이가 많다.

원본 교재 풀이(영어)

Under any reasonable assumptions (Anyone caught trying to come up with a scenario in which I am older than my mother will be sent to maximum security grad school.), my mother is older than I am.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.11절 · 9번
# 수치적분계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
79.CLP-2 · 1.11절 · 9번대학 수준우리말 번역

다음 명제가 참인지 거짓인지 판단하세요. 거짓이면 반례를 제시하세요. 참이면 간단한 근거를 제시하세요.

f(x)f(x) 가 양수이고 아래로 볼록할 때, ∫abf(x) dx\displaystyle\int_{a}^{b} f(x) \,\mathrm{d}x 에 대한 사다리꼴 공식 어림값은 항상 ∫abf(x) dx\displaystyle\int_{a}^{b} f(x) \,\mathrm{d}x 의 상한 어림값이다.

영어 원문 보기

Decide whether the following statement is true or false. If false, provide a counterexample. If true, provide a brief justification.

When f(x)f(x) is positive and concave up, any trapezoidal rule approximation for ∫abf(x) dx\displaystyle\int_{a}^{b} f(x) \,\mathrm{d}x will be an upper estimate for ∫abf(x) dx\displaystyle\int_{a}^{b} f(x) \,\mathrm{d}x.

정답·풀이 보기

참이다. f(x)f(x) 가 양수이고 아래로 볼록하므로, f(x)f(x) 의 그래프는 사다리꼴 공식에 사용된 사다리꼴들의 윗변보다 항상 아래에 있다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

True. Because f(x)f(x) is positive and concave up, the graph of f(x)f(x) is always below the top edges of the trapezoids used in the trapezoidal rule.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 5.5절 · 1번
# 수치적분개념 확인기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
80.CLP-2 · 1.11절 · 31번대학 수준우리말 번역

f(x)f(x) 를 f′′(x)=x2x+1f''(x) = \dfrac{x^2}{x+1} 을 만족하는 함수라고 하세요. (예를 들어 f(x)=16x3−12x2+(1+x)log⁡∣x+1∣f(x)=\frac{1}{6}x^3-\frac{1}{2}x^2+(1+x)\log|x+1| 이면 되지만, 이 문제에서는 f(x)f(x) 가 무엇인지 알 필요가 없습니다.)

(a) xx 가 구간 [0,1][0,1] 에 있을 때마다 ∣f′′(x)∣≤1|f''(x)| \leq 1 임을 보이세요. (b) 구간 [0,1][0,1] 에서 ∣f′′(x)∣|f''(x)| 의 최댓값을 구하세요. (c) M=1M=1 이라고 가정할 때, ∫01f(x) dx\displaystyle\int_{0}^{1}f(x)~\mathrm{d}x 를 오차 10−510^{-5} 이내로 어림하려면 구간을 몇 개 사용해야 하는지 구하세요. (d) (b)에서 구한 MM 의 값을 사용할 때, ∫01f(x) dx\displaystyle\int_0^1 f(x)~\mathrm{d}x 를 오차 10−510^{-5} 이내로 어림하려면 구간을 몇 개 사용해야 하는지 구하세요.

영어 원문 보기

Let f(x)f(x) be a function (For example, f(x)=16x3−12x2+(1+x)log⁡∣x+1∣f(x)=\frac{1}{6}x^3-\frac{1}{2}x^2+(1+x)\log|x+1| will do, but you don't need to know what f(x)f(x) is for this problem.) with f′′(x)=x2x+1f''(x) = \dfrac{x^2}{x+1}.

(a) Show that ∣f′′(x)∣≤1|f''(x)| \leq 1 whenever xx is in the interval [0,1][0,1]. (b) Find the maximum value of ∣f′′(x)∣|f''(x)| over the interval [0,1][0,1]. (c) Assuming M=1M=1, how many intervals should you use to approximate ∫01f(x) dx\displaystyle\int_{0}^{1}f(x)~\mathrm{d}x to within 10−510^{-5}? (d) Using the value of MM you found in (b), how many intervals should you use to approximate ∫01f(x) dx\displaystyle\int_0^1 f(x)~\mathrm{d}x to within 10−510^{-5}?

정답·풀이 보기

(a) 0≤x≤10 \leq x \leq1 일 때 x2≤1x^2 \leq 1 이고 x+1≥1x+1 \geq 1 이므로 ∣f′′(x)∣=x2∣x+1∣≤11=1|f''(x)| = \dfrac{x^2}{|x+1|}\leq \dfrac{1}{1}=1 이다. (b) 닫힌구간에서 함수의 최댓값을 구하려면, 구간의 양 끝점과 구간 안의 임계점에서 함수의 값을 조사한다. 임계점은 함수의 도함수가 0이거나 존재하지 않는 점이다.

최대화하려는 함수는 ∣f′′(x)∣=x2∣x+1∣=x2x+1=f′′(x)|f''(x)| = \frac{x^2}{|x+1|} = \frac{x^2}{x+1}=f''(x) 이다 (구간에 음이 아닌 수만 있기 때문이다). 따라서 임계점은 f′′′(x)=0f'''(x) = 0 이거나 존재하지 않을 때 나타난다. 몫의 미분법을 이용하여 f′′′(x)f'''(x) 를 구한다.

f′′′(x)=(x+1)(2x)−x2(x+1)2=x2+2x(x+1)20=x(x+2)x+10=x또는x=−1또는x=−2\begin{aligned} f'''(x)&=\frac{(x+1)(2x)-x^2}{(x+1)^2}=\frac{x^2+2x}{(x+1)^2}\\ 0&=\frac{x(x+2)}{x+1}\\ 0&=x \quad\text{또는}\quad x=-1\quad\text{또는}\quad x=-2 \end{aligned}

[0,1][0,1] 에 있는 임계점은 x=0x=0 뿐이다. 따라서 [0,1][0,1] 에서 f′′(x)f''(x) 의 극값은 양 끝점에서 나타난다. 실제로 [0,1][0,1] 에 속하는 모든 xx 에 대해 f′′′(x)≥0f'''(x) \geq 0 이므로 f′′(x)f''(x) 는 이 구간에서 증가하고, 따라서 최댓값은 x=1x=1 에서 나타난다. 즉, ∣f′′(x)∣≤f′′(1)=12|f''(x)|\leq f''(1)=\frac{1}{2} (c) 중점법을 사용할 때 절대 오차는 최대 M(b−a)324n2\dfrac{M(b-a)^3}{24n^2} 이다. M=1M=1 을 사용하여 이 값이 10−510^{-5} 이하가 되게 하려면, 다음 계산으로 알맞은 nn 의 값을 구한다.

M(b−a)324n2≤10−5124n2≤10−5(b−a=1, M=1)10524≤n2n≥65\begin{aligned} \dfrac{M(b-a)^3}{24n^2}&\leq 10^{-5}\\ \dfrac{1}{24n^2}&\leq 10^{-5}&(b-a=1,\,M=1)\\ \frac{10^5}{24} & \leq n^2\\ n & \geq 65 \end{aligned} (d) 중점법을 사용할 때 절대 오차는 최대 M(b−a)324n2\dfrac{M(b-a)^3}{24n^2} 이다. M=12M=\frac{1}{2} 을 사용하여 이 값이 10−510^{-5} 이하가 되게 하려면, 다음 계산으로 알맞은 nn 의 값을 구한다.

M(b−a)324n2≤10−5148n2≤10−5(b−a=1, M=12)10548≤n2n≥46\begin{aligned} \dfrac{M(b-a)^3}{24n^2}&\leq 10^{-5}\\ \dfrac{1}{48n^2}&\leq 10^{-5}&(b-a=1,\,M=\frac{1}{2})\\ \frac{10^5}{48} & \leq n^2\\ n & \geq 46 \end{aligned}

참고: 이러한 계산을 얼마나 정확하게 할지는 상황에 따라 크게 달라진다. 예를 들어 MM 을 손으로 구하고, 이를 이용해 nn 을 손으로 구한 다음, 근삿값을 계산하도록 컴퓨터를 프로그래밍한다고 하자. 이처럼 간단한 적분에서는 구간 65개와 46개의 계산 시간 차이가 아주 작을 것이다. 따라서 (b)에서 추가로 하는 수고로 얻는 이점은 많지 않다. 그러나 처음의 대충 구한 MM 으로 n=1000000n=1000000 정도가 나왔다면, 계산 시간을 줄이기 위해 MM 을 개선하는 데 시간을 들일 만하다. 또한 근삿값을 손으로 구한다면 46개의 항을 더하는 것과 65개의 항을 더하는 것의 차이는 상당할 것이므로, 가능한 한 가장 정확한 MM 을 구하는 수고를 미리 들이는 것이 좋을 것이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) When 0≤x≤10 \leq x \leq1, then x2≤1x^2 \leq 1 and x+1≥1x+1 \geq 1, so ∣f′′(x)∣=x2∣x+1∣≤11=1|f''(x)| = \dfrac{x^2}{|x+1|}\leq \dfrac{1}{1}=1. (b) To find the maximum value of a function over a closed interval, we test the function's values at the endpoints of the interval and at its critical points inside the interval. The critical points are where the function's derivative is zero or does not exist.

The function we're trying to maximize is ∣f′′(x)∣=x2∣x+1∣=x2x+1=f′′(x)|f''(x)| = \frac{x^2}{|x+1|} = \frac{x^2}{x+1}=f''(x) (since our interval only contains nonnegative numbers). So, the critical points occur when f′′′(x)=0f'''(x) = 0 or does not exist. We find f′′′(x)f'''(x) Using the quotient rule.

f′′′(x)=(x+1)(2x)−x2(x+1)2=x2+2x(x+1)20=x(x+2)x+10=xorx=−1orx=−2\begin{aligned} f'''(x)&=\frac{(x+1)(2x)-x^2}{(x+1)^2}=\frac{x^2+2x}{(x+1)^2}\\ 0&=\frac{x(x+2)}{x+1}\\ 0&=x \quad\text{or}\quad x=-1\quad\text{or}\quad x=-2 \end{aligned}

The only critical point in [0,1][0,1] is x=0x=0. So, the extrema of f′′(x)f''(x) over [0,1][0,1] will occur at its endpoints. Indeed, since f′′′(x)≥0f'''(x) \geq 0 for all xx in [0,1][0,1], f′′(x)f''(x) is increasing over this interval, so its maximum occurs at x=1x=1. That is, ∣f′′(x)∣≤f′′(1)=12|f''(x)|\leq f''(1)=\frac{1}{2} (c) The absolute error using the midpoint rule is at most M(b−a)324n2\dfrac{M(b-a)^3}{24n^2}. Using M=1M=1, if we want this to be no more than 10−510^{-5}, we find an acceptable value of nn with the following calculation:

M(b−a)324n2≤10−5124n2≤10−5(b−a=1, M=1)10524≤n2n≥65\begin{aligned} \dfrac{M(b-a)^3}{24n^2}&\leq 10^{-5}\\ \dfrac{1}{24n^2}&\leq 10^{-5}&(b-a=1,\,M=1)\\ \frac{10^5}{24} & \leq n^2\\ n & \geq 65 \end{aligned} (d) The absolute error using the midpoint rule is at most M(b−a)324n2\dfrac{M(b-a)^3}{24n^2}. Using M=12M=\frac{1}{2}, if we want this to be no more than 10−510^{-5}, we find an acceptable value of nn with the following calculation:

M(b−a)324n2≤10−5148n2≤10−5(b−a=1, M=12)10548≤n2n≥46\begin{aligned} \dfrac{M(b-a)^3}{24n^2}&\leq 10^{-5}\\ \dfrac{1}{48n^2}&\leq 10^{-5}&(b-a=1,\,M=\frac{1}{2})\\ \frac{10^5}{48} & \leq n^2\\ n & \geq 46 \end{aligned}

Remark: how accurate you want to be in these calculations depends a lot on your circumstances. Imagine, for instance, that you were finding MM by hand, using this to find nn by hand, then programming a computer to evaluate the approximation. For a simple integral like this, the difference between computing time for 65 intervals versus 46 is likely to be miniscule. So, there's not much to be gained by the extra work in (b). However, if your original sloppy MM gave you something like n=1000000n=1000000, you might want to put some time into improving it, to shorten computation time. Moreover, if you were finding the approximation by hand, the difference between adding 46 terms and adding 65 terms would be considerable, and you would probably want to put in the effort up front to find the most accurate MM possible.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.11절 · 32번
# 수치적분증명·논술도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)