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.

66문제 · 4 / 4쪽

61.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)
62.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)
63.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)
64.CLP-2 · 1.11절 · 32번대학 수준우리말 번역

적분 ∫1x121t dt\displaystyle\int_1^{x\vphantom{\frac{1}{2}}} \frac{1}{t}~\mathrm{d}t 를 심프슨 공식으로 어림하여 함수 log⁡x\log x 를 유리함수로 어림하세요. 구간 [1,3][1,3] 의 모든 xx 에 대해 유리함수 f(x)f(x) 와 log⁡x\log x 의 오차가 0.1 이하가 되도록 하세요.

영어 원문 보기

Approximate the function log⁡x\log x with a rational function by approximating the integral ∫1x121t dt\displaystyle\int_1^{x\vphantom{\frac{1}{2}}} \frac{1}{t}~\mathrm{d}t using Simpson's rule. Your rational function f(x)f(x) should approximate log⁡x\log x with an error of not more than 0.1 for any xx in the interval [1,3][1,3].

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

∫1x1t dt\displaystyle\int_1^x \dfrac{1}{t}~\mathrm{d}t 를 심프슨 공식으로 어림하기 전에, 몇 개의 구간을 사용할지 알아야 한다. 그러려면 오차의 한계를 구해야 하고, 이는 d4dt4{1t}\frac{\mathrm{d}^4}{\mathrm{d}{t}^4}\left\{\frac{1}{t}\right\} 의 한계를 구해야 한다는 뜻이다.

ddt{1t}=−1t2d2dt2{1t}=2t3d3dt3{1t}=−6t4d4dt4{1t}=24t5\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\left\{\frac{1}{t}\right\}&=-\frac{1}{t^2}& \frac{\mathrm{d}^2}{\mathrm{d}{t}^2}\left\{\frac{1}{t}\right\}&=\frac{2}{t^3}\\ \frac{\mathrm{d}^3}{\mathrm{d}{t}^3}\left\{\frac{1}{t}\right\}&=-\frac{6}{t^4}& \frac{\mathrm{d}^4}{\mathrm{d}{t}^4}\left\{\frac{1}{t}\right\}&=\frac{24}{t^5} \end{aligned}

따라서 구간 [1,3][1,3] 에서 ∣d4dt4{1t}∣≤24\displaystyle\left|\frac{\mathrm{d}^4}{\mathrm{d}{t}^4}\left\{\frac{1}{t}\right\}\right| \leq 24 이다.

이제 [1,3][1,3] 의 모든 xx 에 대해 오차가 0.1보다 작도록 보장하는 적당한 nn 을 구할 수 있다.

L(b−a)5180n4<0.124(x−1)5180n4<110n4>24⋅(x−1)518[1,3] 의 모든 x 에 대해 x−1≤2 이므로, n4>24⋅2518 이면 허용되는 모든 x 에 대해 n4>24⋅(x−1)518 이다.n4>24⋅2518=1283n>12834≈2.6\begin{aligned} \frac{L(b-a)^5}{180 n^4}&<0 .1 \\\frac{24(x-1)^5}{180 n^4}&< \frac{1}{10} \\n^4 &> \frac{24\cdot (x-1)^5}{18} \\ \text{$[1,3]$ 의 모든 $x$ 에 대해 $x-1 \leq 2$ 이므로, $n^4 > \dfrac{24\cdot 2^5}{18}$ 이면 허용되는 모든 $x$ 에 대해 $n^4 > \dfrac{24\cdot (x-1)^5}{18}$ 이다.} \\ n^4&> \frac{24\cdot 2^5}{18}= \frac{128}{3}\\ n&>\sqrt[4]{\frac{128}{3}}\approx 2.6 \end{aligned}

nn 은 짝수여야 하므로, n=4n=4 개의 구간이면 [1,3][1,3] 의 모든 xx 에 대해 오차가 너무 크지 않도록 보장하기에 충분하다. 이제 n=4n=4, a=1a=1, b=xb=x, Δx=x−14\Delta x = \dfrac{x-1}{4} 로 심프슨 공식에 의한 어림값을 구한다. 1t\frac{1}{t} 의 값을 계산하는 점들은 다음과 같다.

x0=1x1=1+x−14x2=1+2x−14x3=1+3x−14x4=1+4x−14=x+34=x+12=3x+14=x\begin{aligned} x_0 =& 1 & x_1&=1+ \frac{x-1}{4}& x_2&=1+2\frac{x-1}{4}& x_3&=1+3\frac{x-1}{4}& x_4&=1+4\frac{x-1}{4}\\ & & &=\frac{x+3}{4}& &=\frac{x+1}{2}&&=\frac{3x+1}{4}& &=x \end{aligned}

그림

log⁡x=∫1x1t dt≈Δx3[1x0+4x1+2x2+4x3+1x4]=x−112[1+16x+3+4x+1+163x+1+1x]=f(x)\begin{aligned} \log x=\int_1^x \frac{1}{t}~\mathrm{d}t&\approx \frac{\Delta x}{3}\left[\frac{1}{x_0}+\frac{4}{x_1}+\frac{2}{x_2}+\frac{4}{x_3}+\frac{1}{x_4}\right]\\ &=\frac{x-1}{12}\left[1+\frac{16}{x+3}+\frac{4}{x+1}+\frac{16}{3x+1}+\frac{1}{x}\right]\\ &=f(x) \end{aligned}

아래는 어림한 함수 f(x)f(x) 와 자연로그 함수를 같은 좌표축에 나타낸 그래프이다. 자연로그 함수는 붉은 점선으로, 어림한 함수는 푸른 실선으로 나타냈다. 어림한 함수는 작은 양수 xx 에 대해 꽤 정확해 보인다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

Before we can take our Simpson's rule approximation of ∫1x1t dt\displaystyle\int_1^x \dfrac{1}{t}~\mathrm{d}t, we need to know how many intervals to use. That means we need to bound our error, which means we need to bound d4dt4{1t}\frac{\mathrm{d}^4}{\mathrm{d}{t}^4}\left\{\frac{1}{t}\right\}.

ddt{1t}=−1t2d2dt2{1t}=2t3d3dt3{1t}=−6t4d4dt4{1t}=24t5\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\left\{\frac{1}{t}\right\}&=-\frac{1}{t^2}& \frac{\mathrm{d}^2}{\mathrm{d}{t}^2}\left\{\frac{1}{t}\right\}&=\frac{2}{t^3}\\ \frac{\mathrm{d}^3}{\mathrm{d}{t}^3}\left\{\frac{1}{t}\right\}&=-\frac{6}{t^4}& \frac{\mathrm{d}^4}{\mathrm{d}{t}^4}\left\{\frac{1}{t}\right\}&=\frac{24}{t^5} \end{aligned}

So, over the interval [1,3][1,3], ∣d4dt4{1t}∣≤24\displaystyle\left|\frac{\mathrm{d}^4}{\mathrm{d}{t}^4}\left\{\frac{1}{t}\right\}\right| \leq 24.

Now, we can find an appropriate nn to ensure our error will be be less than 0.1 for any xx in [1,3][1,3]:

L(b−a)5180n4<0.124(x−1)5180n4<110n4>24⋅(x−1)518Because x−1≤2 for every x in [1,3], if n4>24⋅2518, then n4>24⋅(x−1)518 for every allowed x.n4>24⋅2518=1283n>12834≈2.6\begin{aligned} \frac{L(b-a)^5}{180 n^4}&<0 .1 \\\frac{24(x-1)^5}{180 n^4}&< \frac{1}{10} \\n^4 &> \frac{24\cdot (x-1)^5}{18} \\ \text{Because $x-1 \leq 2$ for every $x$ in $[1,3]$, if $n^4 > \dfrac{24\cdot 2^5}{18}$, then $n^4 > \dfrac{24\cdot (x-1)^5}{18}$ for every allowed $x$.} \\ n^4&> \frac{24\cdot 2^5}{18}= \frac{128}{3}\\ n&>\sqrt[4]{\frac{128}{3}}\approx 2.6 \end{aligned}

Since nn must be even, n=4n=4 is enough intervals to guarantee our error is not too high for any xx in [1,3][1,3]. Now we find our Simpson's rule approximation with n=4n=4, a=1a=1, b=xb=x, and Δx=x−14\Delta x = \dfrac{x-1}{4}. The points where we evaluate 1t\frac{1}{t} are:

x0=1x1=1+x−14x2=1+2x−14x3=1+3x−14x4=1+4x−14=x+34=x+12=3x+14=x\begin{aligned} x_0 =& 1 & x_1&=1+ \frac{x-1}{4}& x_2&=1+2\frac{x-1}{4}& x_3&=1+3\frac{x-1}{4}& x_4&=1+4\frac{x-1}{4}\\ & & &=\frac{x+3}{4}& &=\frac{x+1}{2}&&=\frac{3x+1}{4}& &=x \end{aligned}

figure

log⁡x=∫1x1t dt≈Δx3[1x0+4x1+2x2+4x3+1x4]=x−112[1+16x+3+4x+1+163x+1+1x]=f(x)\begin{aligned} \log x=\int_1^x \frac{1}{t}~\mathrm{d}t&\approx \frac{\Delta x}{3}\left[\frac{1}{x_0}+\frac{4}{x_1}+\frac{2}{x_2}+\frac{4}{x_3}+\frac{1}{x_4}\right]\\ &=\frac{x-1}{12}\left[1+\frac{16}{x+3}+\frac{4}{x+1}+\frac{16}{3x+1}+\frac{1}{x}\right]\\ &=f(x) \end{aligned}

Below is a graph of our approximation f(x)f(x) and natural logarithm on the same axes. The natural logarithm function is shown red and dashed, while our approximating function is solid blue. Our approximation appears to be quite accurate for small, positive values of xx.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.6절 · 9번
# 수치적분계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
65.Active Calculus · 5.6절 · 5번대학 수준우리말 번역

정적분 ∫01xtan⁡(x) dx\int_0^1 x \tan(x) \, dx 를 생각하세요.

(a) 이 적분을 uu-치환이나 부분적분으로는 정확하게 계산할 수 없는 이유를 설명하세요. (b) 적절한 부분구간을 사용하여 L4L_4, R4R_4, M4M_4, T4T_4, S8S_8 을 계산하세요. (c) (b)의 근삿값 중 ∫01xtan⁡(x) dx\int_0^1 x \tan(x) \, dx 의 참값보다 큰 값은 어느 것입니까? 작은 값은 어느 것입니까? 그 이유는 무엇인지 설명하세요.

영어 원문 보기

Consider the definite integral ∫01xtan⁡(x) dx\int_0^1 x \tan(x) \, dx.

(a) Explain why this integral cannot be evaluated exactly by using either uu-substitution or by integrating by parts. (b) Using appropriate subintervals, compute L4L_4, R4R_4, M4M_4, T4T_4, and S8S_8. (c) Which of the approximations in (b) is an over-estimate to the true value of ∫01xtan⁡(x) dx\int_0^1 x \tan(x) \, dx? Which is an under-estimate? How do you know?

정답·풀이 보기

(a) 함수와 그 도함수의 쌍이 없으므로(합성함수조차 없으므로) uu-치환을 사용할 수 없다. 부분적분이 되지 않음을 보이는 것은 더 복잡하지만, 결국 다음 사실로 귀결된다. 자연스러운 선택인 u=xu = x, dv=tan⁡(x) dxdv = \tan(x) \, dx 를 쓰면 적분 ∫ln⁡(sec⁡(x)) dx\int \ln(\sec(x)) \, dx 를 계산해야 하는데, 이 적분은 초등함수로 나타낼 수 있는 원시함수를 갖지 않는 것으로 보인다. 대신 u=tan⁡(x)u = \tan(x), dv=x dxdv = x \, dx 로 놓으면 적분 ∫x2⋅sec⁡2(x) dx\int x^2 \cdot \sec^2(x) \, dx 를 계산해야 하는데, 이는 처음 적분보다 더 복잡하고 다시 부분적분을 시도하면 처음 상태로 되돌아가는 것처럼 보인다. (b) 계산 도구를 사용하여 다음 근삿값을 구한다. 값은 소수 55 째 자리까지 정확하게 나타낸 것이다.

  • L4=0.25892L_4 = 0.25892
  • R4=0.64827R_4 = 0.64827
  • M4=0.41550M_4 = 0.41550
  • T4=L4+R42=0.45360T_4 = \frac{L_4 + R_4}{2} = 0.45360
  • S8=2M4+T43=0.42820S_8 = \frac{2M_4 + T_4}{3} = 0.42820 (c) 이 근삿값들이나 f(x)=xtan⁡(x)f(x) = x\tan(x) 의 그래프로부터, 이 구간에서 ff 는 항상 증가하고 아래로 볼록임을 알 수 있다. 따라서 L4L_4 와 M4M_4 는 참값보다 작은 값이고, R4R_4 와 M4M_4 는 참값보다 큰 값이다.
원본 교재 풀이(영어)

(a) We can't use uu-substitution since there's not a function-derivative pair present (nor even a composite function). To show that integration by parts doesn't work is more complicated, but comes down to the fact that if we use the natural choice of u=xu = x and dv=tan⁡(x) dxdv = \tan(x) \, dx, to do so requires us to evaluate the integral ∫ln⁡(sec⁡(x)) dx\int \ln(\sec(x)) \, dx, which appears not to have an elementary antiderivative. If we try instead u=tan⁡(x)u = \tan(x) and dv=x dxdv = x \, dx, then we have to evaluate the integral ∫x2⋅sec⁡2(x) dx\int x^2 \cdot \sec^2(x) \, dx which is more complicated than the integral we started with and would seem to send us back where we started if we attempt integration by parts. (b) We use computational technology to generate the following estimates, which are reported to 55 decimal places of accuracy:

  • L4=0.25892L_4 = 0.25892
  • R4=0.64827R_4 = 0.64827
  • M4=0.41550M_4 = 0.41550
  • T4=L4+R42=0.45360T_4 = \frac{L_4 + R_4}{2} = 0.45360
  • S8=2M4+T43=0.42820S_8 = \frac{2M_4 + T_4}{3} = 0.42820 (c) From the values of these estimates or from the graph of f(x)=xtan⁡(x)f(x) = x\tan(x), we can observe that ff is always increasing and concave up on the interval. Thus, L4L_4 and M4M_4 are underestimates while R4R_4 and M4M_4 are overestimates.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.11절 · 31번
# 수치적분계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
66.Active Calculus · 5.6절 · 6번대학 수준우리말 번역

알려지지 않은 함수 f(x)f(x) 에 대해 다음 정보가 주어져 있다.

  • ff 는 [3,6][3,6] 에서 연속이다.
  • ff 는 [3,6][3,6] 에서 항상 증가하거나 항상 감소한다.
  • ff 는 구간 [3,6][3,6] 전체에서 오목성이 같다.
  • ∫36f(x) dx\int_3^6 f(x) \, dx 의 근삿값으로 L4=7.23L_4 = 7.23, R4=6.75R_4 = 6.75, M4=7.05M_4 = 7.05 이다.

(a) ff 는 [3,6][3,6] 에서 증가하나요, 감소하나요? 어떤 자료로 알 수 있는지 설명하세요. (b) ff 는 [3,6][3,6] 에서 아래로 볼록한가요, 위로 볼록한가요? 그 이유를 설명하세요. (c) 주어진 정보를 바탕으로 ∫36f(x) dx\int_3^6 f(x) \, dx 에 대한 가능한 한 가장 좋은 추정값을 구하세요.

영어 원문 보기

For an unknown function f(x)f(x), the following information is known.

  • ff is continuous on [3,6][3,6];
  • ff is either always increasing or always decreasing on [3,6][3,6];
  • ff has the same concavity throughout the interval [3,6][3,6];
  • As approximations to ∫36f(x) dx\int_3^6 f(x) \, dx, L4=7.23L_4 = 7.23, R4=6.75R_4 = 6.75, and M4=7.05M_4 = 7.05.

(a) Is ff increasing or decreasing on [3,6][3,6]? What data tells you? (b) Is ff concave up or concave down on [3,6][3,6]? Why? (c) Determine the best possible estimate you can for ∫36f(x) dx\int_3^6 f(x) \, dx, based on the given information.

정답·풀이 보기

(a) L4=7.23>6.75=R4L_4 = 7.23 > 6.75 = R_4 이고 함수가 항상 증가하거나 항상 감소한다는 것을 알고 있으므로, 왼쪽 끝점 방법의 값이 오른쪽 끝점 방법의 값보다 크려면 ff 는 항상 감소해야 한다. (b) 주어진 자료로부터 다음을 알 수 있다. T4=L4+R42=7.23+6.752=6.99 .T_4 = \frac{L_4 + R_4}{2} = \frac{7.23 + 6.75}{2} = 6.99\,. M4=7.05M_4 = 7.05 이므로 R4<T4<M4<L4 .R_4 < T_4 < M_4 < L_4\,. 특히 이 함수는 구간에서 항상 감소할 뿐만 아니라 위로 볼록하다는 것도 알 수 있다. 오목성이 일정하므로, 사다리꼴 공식이 참값보다 작게 추정하면 중점 공식은 참값보다 크게 추정한다(또는 그 반대이다). T4<M4T_4 < M_4 이므로 T4<∫36f(x) dx<M4T_4 < \int_3^6 f(x) \, dx < M_4 이고, ff 는 이 구간에서 위로 볼록해야 한다. (c) 정적분에 대한 가장 좋은 추정값을 구하기 위해 심프슨 공식을 사용한다. 즉, ∫36f(x) dx≈S8=2M4+T43=2⋅7.05+6.993=7.03 .\begin{aligned}\int_3^6 f(x) \, dx &\approx S_8 \\ &= \frac{2M_4 + T_4}{3} \\ &= \frac{2 \cdot 7.05 + 6.99}{3} \\ &=7.03\end{aligned}\,.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Because L4=7.23>6.75=R4L_4 = 7.23 > 6.75 = R_4 and we know the function is always increasing or always decreasing, for the left endpoint rule to give a value greater than the right endpoint rule, ff must be always decreasing. (b) From the given data, we know that T4=L4+R42=7.23+6.752=6.99 .T_4 = \frac{L_4 + R_4}{2} = \frac{7.23 + 6.75}{2} = 6.99\,. Since M4=7.05M_4 = 7.05, it follows that R4<T4<M4<L4 .R_4 < T_4 < M_4 < L_4\,. In particular, we know that the function is not only always decreasing on the interval, but it also concave down. Because the concavity is constant, it follows that if the trapezoid rule under-estimates the true value, then the midpoint rule must over-estimate the true value (or vice-versa). Since T4<M4T_4 < M_4, this means that T4<∫36f(x) dx<M4T_4 < \int_3^6 f(x) \, dx < M_4 and that ff must be concave down on the interval. (c) We use Simpson's Rule to determine the best possible estimate for the definite integral. That is, ∫36f(x) dx≈S8=2M4+T43=2⋅7.05+6.993=7.03 .\begin{aligned}\int_3^6 f(x) \, dx &\approx S_8 \\ &= \frac{2M_4 + T_4}{3} \\ &= \frac{2 \cdot 7.05 + 6.99}{3} \\ &=7.03\end{aligned}\,.

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