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 1.5m3 로 어림했는데, 정확한 부피는 1.387m3 이다. 이 어림값의 상대오차, 절대오차, 백분율 오차를 구하세요.
영어 원문 보기
Suppose we approximate an object to have volume 1.5m3, when its exact volume is 1.387m3. 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
상대오차는 절대오차를 정확한 값으로 나눈 것이다:
1.3870.113≈0.08147
백분율 오차는 상대오차의 100배이다:
≈8.147%
원본 교재 풀이(영어)
The absolute error is the difference between the two values:
∣1.387−1.5∣=0.113
The relative error is the absolute error divided by the exact value:
1.3870.113≈0.08147
The percent error is 100 times the relative error:
≈8.147%
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.
적분 ∫1x21t1dt 를 심프슨 공식으로 어림하여 함수 logx 를 유리함수로 어림하세요. 구간 [1,3] 의 모든 x 에 대해 유리함수 f(x) 와 logx 의 오차가 0.1 이하가 되도록 하세요.
영어 원문 보기
Approximate the function logx with a rational function by approximating the integral ∫1x21t1dt using Simpson's rule. Your rational function f(x) should approximate logx with an error of not more than 0.1 for any x in the interval [1,3].
답 쓰고 채점
정답·풀이 보기
∫1xt1dt 를 심프슨 공식으로 어림하기 전에, 몇 개의 구간을 사용할지 알아야 한다. 그러려면 오차의 한계를 구해야 하고, 이는 dt4d4{t1} 의 한계를 구해야 한다는 뜻이다.
아래는 어림한 함수 f(x) 와 자연로그 함수를 같은 좌표축에 나타낸 그래프이다. 자연로그 함수는 붉은 점선으로, 어림한 함수는 푸른 실선으로 나타냈다. 어림한 함수는 작은 양수 x 에 대해 꽤 정확해 보인다.
원본 교재 풀이(영어)
Before we can take our Simpson's rule approximation of ∫1xt1dt, we need to know how many intervals to use. That means we need to bound our error, which means we need to bound dt4d4{t1}.
Now, we can find an appropriate n to ensure our error will be be less than 0.1 for any x in [1,3]:
180n4L(b−a)5180n424(x−1)5n4Because x−1≤2 for every x in [1,3], if n4>1824⋅25, then n4>1824⋅(x−1)5 for every allowed x.n4n<0.1<101>1824⋅(x−1)5>1824⋅25=3128>43128≈2.6
Since n must be even, n=4 is enough intervals to guarantee our error is not too high for any x in [1,3]. Now we find our Simpson's rule approximation with n=4, a=1, b=x, and Δx=4x−1. The points where we evaluate t1 are:
Below is a graph of our approximation 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 x.
(a) 이 적분을 u-치환이나 부분적분으로는 정확하게 계산할 수 없는 이유를 설명하세요.
(b) 적절한 부분구간을 사용하여 L4, R4, M4, T4, S8 을 계산하세요.
(c) (b)의 근삿값 중 ∫01xtan(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.
(a) Explain why this integral cannot be evaluated exactly by using either u-substitution or by integrating by parts.
(b) Using appropriate subintervals, compute L4, R4, M4, T4, and S8.
(c) Which of the approximations in (b) is an over-estimate to the true value of ∫01xtan(x)dx? Which is an under-estimate? How do you know?
정답·풀이 보기
(a) 함수와 그 도함수의 쌍이 없으므로(합성함수조차 없으므로) u-치환을 사용할 수 없다. 부분적분이 되지 않음을 보이는 것은 더 복잡하지만, 결국 다음 사실로 귀결된다. 자연스러운 선택인 u=x, dv=tan(x)dx 를 쓰면 적분 ∫ln(sec(x))dx 를 계산해야 하는데, 이 적분은 초등함수로 나타낼 수 있는 원시함수를 갖지 않는 것으로 보인다. 대신 u=tan(x), dv=xdx 로 놓으면 적분 ∫x2⋅sec2(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 5 째 자리까지 정확하게 나타낸 것이다.
L4=0.25892
R4=0.64827
M4=0.41550
T4=2L4+R4=0.45360
S8=32M4+T4=0.42820
(c) 이 근삿값들이나 f(x)=xtan(x) 의 그래프로부터, 이 구간에서 f 는 항상 증가하고 아래로 볼록임을 알 수 있다. 따라서 L4 와 M4 는 참값보다 작은 값이고, R4 와 M4 는 참값보다 큰 값이다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) We can't use u-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=x and dv=tan(x)dx, to do so requires us to evaluate the integral ∫ln(sec(x))dx, which appears not to have an elementary antiderivative. If we try instead u=tan(x) and dv=xdx, then we have to evaluate the integral ∫x2⋅sec2(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 5 decimal places of accuracy:
L4=0.25892
R4=0.64827
M4=0.41550
T4=2L4+R4=0.45360
S8=32M4+T4=0.42820
(c) From the values of these estimates or from the graph of f(x)=xtan(x), we can observe that f is always increasing and concave up on the interval. Thus, L4 and M4 are underestimates while R4 and M4 are overestimates.
∫36f(x)dx 의 근삿값으로 L4=7.23, R4=6.75, M4=7.05 이다.
(a) f 는 [3,6] 에서 증가하나요, 감소하나요? 어떤 자료로 알 수 있는지 설명하세요.
(b) f 는 [3,6] 에서 아래로 볼록한가요, 위로 볼록한가요? 그 이유를 설명하세요.
(c) 주어진 정보를 바탕으로 ∫36f(x)dx 에 대한 가능한 한 가장 좋은 추정값을 구하세요.
영어 원문 보기
For an unknown function f(x), the following information is known.
f is continuous on [3,6];
f is either always increasing or always decreasing on [3,6];
f has the same concavity throughout the interval [3,6];
As approximations to ∫36f(x)dx, L4=7.23, R4=6.75, and M4=7.05.
(a) Is f increasing or decreasing on [3,6]? What data tells you?
(b) Is f concave up or concave down on [3,6]? Why?
(c) Determine the best possible estimate you can for ∫36f(x)dx, based on the given information.
정답·풀이 보기
(a) L4=7.23>6.75=R4 이고 함수가 항상 증가하거나 항상 감소한다는 것을 알고 있으므로, 왼쪽 끝점 방법의 값이 오른쪽 끝점 방법의 값보다 크려면 f 는 항상 감소해야 한다.
(b) 주어진 자료로부터 다음을 알 수 있다.
T4=2L4+R4=27.23+6.75=6.99.M4=7.05 이므로
R4<T4<M4<L4. 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<M4 이므로
T4<∫36f(x)dx<M4
이고, f 는 이 구간에서 위로 볼록해야 한다.
(c) 정적분에 대한 가장 좋은 추정값을 구하기 위해 심프슨 공식을 사용한다. 즉,
∫36f(x)dx≈S8=32M4+T4=32⋅7.05+6.99=7.03.
원본 교재 풀이(영어)
(a) Because L4=7.23>6.75=R4 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, f must be always decreasing.
(b) From the given data, we know that
T4=2L4+R4=27.23+6.75=6.99. Since M4=7.05, it follows that
R4<T4<M4<L4. 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<M4, this means that
T4<∫36f(x)dx<M4
and that f 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=32M4+T4=32⋅7.05+6.99=7.03.