문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 적분

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53문제 · 3 / 3쪽

41.APEX · 5.4절 · 42번우리말 번역

연습문제 41–46에서 직선을 따라 움직이는 물체의 속도 함수가 주어져 있습니다. 주어진 시간 구간 동안 물체의 변위를 구하세요.

[0,10][0,10] 에서 v(t)=−32t+200v(t) = -32t+200ft/s

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In Exercises 41–46, a velocity function of an object moving along a straight line is given. Find the displacement of the object over the given time interval.

v(t)=−32t+200v(t) = -32t+200ft/s on [0,10][0,10]

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400400ft

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400400ft

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.3절 · 60번
# 미적분의 기본정리활용자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
42.APEX · 5.4절 · 43번우리말 번역

연습문제 41–46에서 직선을 따라 움직이는 물체의 속도 함수가 주어져 있습니다. 주어진 시간 구간 동안 물체의 변위를 구하세요.

[0,3][0,3] 에서 v(t)=10v(t) = 10ft/s.

영어 원문 보기

In Exercises 41–46, a velocity function of an object moving along a straight line is given. Find the displacement of the object over the given time interval.

v(t)=10v(t) = 10ft/s on [0,3][0,3].

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# 미적분의 기본정리활용자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
43.APEX · 5.4절 · 44번우리말 번역

연습문제 41–46에서는 직선을 따라 움직이는 물체의 속도 함수가 주어져 있습니다. 주어진 시간 구간에서 물체의 변위를 구하세요.

v(t)=2tv(t) = 2^tmph, 구간 [−1,1][-1,1]

영어 원문 보기

In Exercises 41–46, a velocity function of an object moving along a straight line is given. Find the displacement of the object over the given time interval.

v(t)=2tv(t) = 2^tmph on [−1,1][-1,1]

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마일
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1.5/ln⁡(2)≈2.1641.5/\ln(2) \approx 2.164마일

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1.5/ln⁡(2)≈2.1641.5/\ln(2) \approx 2.164miles

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.3절 · 24번
# 미적분의 기본정리활용자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
44.APEX · 5.4절 · 45번우리말 번역

연습문제 41–46에서 직선을 따라 움직이는 물체의 속도 함수가 주어졌습니다. 주어진 시간 구간에서 물체의 변위를 구하세요.

구간 [0,3π/2][0,3\pi/2] 에서 v(t)=cos⁡tv(t) = \cos t ft/s

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In Exercises 41–46, a velocity function of an object moving along a straight line is given. Find the displacement of the object over the given time interval.

v(t)=cos⁡tv(t) = \cos t ft/s on [0,3π/2][0,3\pi/2]

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−1-1ft

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−1-1ft

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.3절 · 56번
# 미적분의 기본정리활용자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
45.APEX · 5.4절 · 46번우리말 번역

연습문제 41–46에서는 직선 위를 움직이는 물체의 속도 함수가 주어져 있습니다. 주어진 시간 구간에서 물체의 변위를 구하세요.

구간 [0,16][0,16] 에서 v(t)=t4v(t) = \sqrt[4]{t} ft/s

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In Exercises 41–46, a velocity function of an object moving along a straight line is given. Find the displacement of the object over the given time interval.

v(t)=t4v(t) = \sqrt[4]{t} ft/s on [0,16][0,16]

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128/5128/5ft

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128/5128/5ft

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.3절 · 30번
# 미적분의 기본정리활용자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
46.APEX · 5.4절 · 47번우리말 번역

연습문제 47–50에서, 직선 위를 움직이는 물체의 가속도 함수가 주어져 있습니다. 주어진 시간 구간에서 물체의 속도 변화량을 구하세요.

a(t)=−32a(t) = -32ft/s2^2 구간 [0,2][0,2]에서

영어 원문 보기

In Exercises 47–50, an acceleration function of an object moving along a straight line is given. Find the change of the object's velocity over the given time interval.

a(t)=−32a(t) = -32ft/s2^2 on [0,2][0,2]

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−64-64ft/s

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−64-64ft/s

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.3절 · 62번
# 미적분의 기본정리활용자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
47.APEX · 5.4절 · 48번우리말 번역

연습문제 47–50에서 직선을 따라 움직이는 물체의 가속도 함수가 주어져 있습니다. 주어진 시간 구간에서 물체의 속도의 변화량을 구하세요.

a(t)=10a(t) = 10ft/s2^2 구간 [0,5][0,5]에서

영어 원문 보기

In Exercises 47–50, an acceleration function of an object moving along a straight line is given. Find the change of the object's velocity over the given time interval.

a(t)=10a(t) = 10ft/s2^2 on [0,5][0,5]

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5050ft/s

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5050ft/s

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.3절 · 26번
# 미적분의 기본정리활용자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
48.APEX · 5.4절 · 49번우리말 번역

47–50번 문제에서 직선을 따라 움직이는 물체의 가속도 함수가 주어질 때, 주어진 시간 구간에서 물체의 속도 변화량을 구하세요.

구간 [0,2][0,2] 에서 a(t)=ta(t) = t ft/s2^2

영어 원문 보기

In Exercises 47–50, an acceleration function of an object moving along a straight line is given. Find the change of the object's velocity over the given time interval.

a(t)=ta(t) = t ft/s2^2 on [0,2][0,2]

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# 미적분의 기본정리활용자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
49.APEX · 5.4절 · 50번우리말 번역

47–50번 문제에서 직선을 따라 움직이는 물체의 가속도 함수가 주어질 때, 주어진 시간 구간에서 물체의 속도 변화량을 구하세요.

구간 [0,π][0,\pi] 에서 a(t)=cos⁡ta(t) = \cos t ft/s2^2

영어 원문 보기

In Exercises 47–50, an acceleration function of an object moving along a straight line is given. Find the change of the object's velocity over the given time interval.

a(t)=cos⁡ta(t) = \cos t ft/s2^2 on [0,π][0,\pi]

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00ft/s

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00ft/s

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 51번
# 미적분의 기본정리활용자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
50.CLP-2 · 1.2절 · 16번우리말 번역

어떤 (양의 값이라고 하자) 상수 aa, bb에 대하여 타원 (ax)2+(by)2=1(ax)^2+(by)^2=1 의 넓이를 구하려고 한다.

(a) 이 방정식을 타원의 위쪽 절반에 대해 푸세요. 답은 “y=⋯y=\cdots" 꼴이어야 합니다. (b) 타원의 위쪽 절반의 넓이를 나타내는 적분을 쓰세요. 적분의 성질을 이용하여 피적분함수가 원의 위쪽 절반처럼 보이게 하세요. (c) 기하학적 방법과 (b)의 답을 이용하여 타원의 넓이를 구하세요.

영어 원문 보기

We want to compute the area of an ellipse, (ax)2+(by)2=1(ax)^2+(by)^2=1 for some (let's say positive) constants aa and bb.

(a) Solve the equation for the upper half of the ellipse. It should have the form “y=⋯y=\cdots" (b) Write an integral for the area of the upper half of the ellipse. Using properties of integrals, make the integrand look like the upper half of a circle. (c) Using geometry and your answer to part (b), find the area of the ellipse.

정답·풀이 보기

(a) (ax)2+(by)2=1by=1−(ax)2y=1b1−(ax)2\begin{aligned} (ax)^2+(by)^2&=1\\ by&=\sqrt{1-(ax)^2}\\ y &= \frac{1}{b}\sqrt{1-(ax)^2} \end{aligned} (b) 위 함수의 정의역에 속하는 xx의 값은 1−(ax)2≥01-(ax)^2 \geq 0 을 만족하는 값이다. 즉 −1a≤x≤1a-\frac{1}{a}\leq x \leq \frac{1}{a} 이다. 따라서 타원의 위쪽 절반의 넓이는 다음과 같다.

1b∫−1a1a1−(ax)2 dx원의 위쪽 절반의 방정식은 y=r2−x2 이다. =1b∫−1a1aa2(1a2−x2) dx=1b∫−1a1aa1a2−x2 dx=ab∫−1a1a1a2−x2 dx\begin{aligned} \displaystyle\frac{1}{b}&\displaystyle\int_{-\frac{1}{a}}^{\frac{1}{a}}\sqrt{1-(ax)^2}\ \mathrm{d}x \\ \text{원의 위쪽 절반의 방정식은 $y=\sqrt{r^2-x^2}$ 이다. } \\ &=\frac{1}{b}\int_{-\frac{1}{a}}^{\frac{1}{a}}\sqrt{a^2\left(\frac{1}{a^2}-x^2\right)}\ \mathrm{d}x\\ &=\frac{1}{b}\int_{-\frac{1}{a}}^{\frac{1}{a}}a\sqrt{\frac{1}{a^2}-x^2}\ \mathrm{d}x\\ &=\frac{a}{b}\int_{-\frac{1}{a}}^{\frac{1}{a}}\sqrt{\frac{1}{a^2}-x^2}\ \mathrm{d}x \end{aligned} (c) 함수 y=1a2−x2y=\sqrt{\dfrac{1}{a^2}-x^2} 은 원점을 중심으로 하고 반지름이 1a\dfrac{1}{a} 인 원의 위쪽 절반이다. 따라서 (b)의 식의 값은 (ab)π2a2=π2ab\left(\dfrac{a}{b}\right)\dfrac{\pi}{2a^2} = \dfrac{\pi}{2ab} 이다.

(b)의 식은 타원의 절반이었으므로, 타원의 넓이는 πab\dfrac{\pi}{ab} 이다.

참고: 이 방법은 결과를 얻기에는 다소 길게 돌아가는 방법이었다. 기본적인 추론은 다음과 같다.

  • 단위원 x2+y2=1x^2+y^2=1 의 넓이는 π\pi 이다.
  • 타원 (ax)2+y2=1(ax)^2+y^2=1 은 단위원을 가로 방향으로 aa배만큼 줄인 것이다. 따라서 그 넓이는 πa\dfrac{\pi}{a} 이다.
  • 또한 타원 (ax)2+(by)2=1(ax)^2+(by)^2=1 은 앞의 타원을 세로 방향으로 bb배만큼 줄인 것이다. 따라서 그 넓이는 πab\dfrac{\pi}{ab} 이다.
원본 교재 풀이(영어)

(a) (ax)2+(by)2=1by=1−(ax)2y=1b1−(ax)2\begin{aligned} (ax)^2+(by)^2&=1\\ by&=\sqrt{1-(ax)^2}\\ y &= \frac{1}{b}\sqrt{1-(ax)^2} \end{aligned} (b) The values of xx in the domain of the function above are those that satisfy 1−(ax)2≥01-(ax)^2 \geq 0. That is, −1a≤x≤1a-\frac{1}{a}\leq x \leq \frac{1}{a}. Therefore, the upper half of the ellipse has area

1b∫−1a1a1−(ax)2 dxThe upper half of a circle has equation y=r2−x2. =1b∫−1a1aa2(1a2−x2) dx=1b∫−1a1aa1a2−x2 dx=ab∫−1a1a1a2−x2 dx\begin{aligned} \displaystyle\frac{1}{b}&\displaystyle\int_{-\frac{1}{a}}^{\frac{1}{a}}\sqrt{1-(ax)^2}\ \mathrm{d}x \\ \text{The upper half of a circle has equation $y=\sqrt{r^2-x^2}$. } \\ &=\frac{1}{b}\int_{-\frac{1}{a}}^{\frac{1}{a}}\sqrt{a^2\left(\frac{1}{a^2}-x^2\right)}\ \mathrm{d}x\\ &=\frac{1}{b}\int_{-\frac{1}{a}}^{\frac{1}{a}}a\sqrt{\frac{1}{a^2}-x^2}\ \mathrm{d}x\\ &=\frac{a}{b}\int_{-\frac{1}{a}}^{\frac{1}{a}}\sqrt{\frac{1}{a^2}-x^2}\ \mathrm{d}x \end{aligned} (c) The function y=1a2−x2y=\sqrt{\dfrac{1}{a^2}-x^2} is the upper-half of the circle centred at the origin with radius 1a\dfrac{1}{a}. So, the expression from (b) evaluates to (ab)π2a2=π2ab\left(\dfrac{a}{b}\right)\dfrac{\pi}{2a^2} = \dfrac{\pi}{2ab}.

The expression from (b) was half of the ellipse, so the area of the ellipse is πab\dfrac{\pi}{ab}.

Remark: this was a slightly long-winded way of getting the result. The reasoning is basically this:

  • The area of the unit circle x2+y2=1x^2+y^2=1 is π\pi .
  • The ellipse (ax)2+y2=1(ax)^2+y^2=1 is obtained by shrinking the unit circle horizontally by a factor of aa. So, its area is πa\dfrac{\pi}{a} .
  • Further, the ellipse (ax)2+(by)2=1(ax)^2+(by)^2=1 is obtained from the previous ellipse by shrinking it vertically by a factor of bb. So, its area is πab\dfrac{\pi}{ab} .
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.2절 · 15번
# 정적분의 뜻과 성질활용도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
51.CLP-2 · 1.3절 · 42번우리말 번역

30 m/s30\,\textrm{m}/\textrm{s} 로 달리는 자동차가 시각 t=0t=0 에 브레이크를 밟는다. 속도(m/s\textrm{m}/\textrm{s} 단위)는 식 v(t)=30−10tv(t) = 30 - 10t 에 따라 감소한다. 자동차가 멈출 때까지 얼마나 멀리 가는지 구하세요.

영어 원문 보기

A car traveling at 30 m/s30\,\textrm{m}/\textrm{s} applies its brakes at time t=0t=0, its velocity (in m/s\textrm{m}/\textrm{s}) decreasing according to the formula v(t)=30−10tv(t) = 30 - 10t. How far does the car go before it stops?

정답·풀이 보기

v(t)=30−10t=0v(t)=30-10t=0 일 때 자동차가 멈추며, 이는 시각 t=3t = 3 일 때이다. 그 시각까지 이동한 거리는

∫03v(t) dt=(30t−5t2)∣03=(90−45)−0=45 m.\begin{aligned} \int_0^3 v(t)\,\mathrm{d}t = (30t - 5t^2)\Big|_{0}^{3} = (90-45)-0 = 45\,\textrm{m}. \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The car stops when v(t)=30−10t=0v(t)=30-10t=0, which occurs at time t=3t = 3. The distance covered up to that time is

∫03v(t) dt=(30t−5t2)∣03=(90−45)−0=45 m.\begin{aligned} \int_0^3 v(t)\,\mathrm{d}t = (30t - 5t^2)\Big|_{0}^{3} = (90-45)-0 = 45\,\textrm{m}. \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 34번
# 미적분의 기본정리활용도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
52.Active Calculus · 4.1절 · 8번우리말 번역

장난감 로켓을 바람이 없는 날 지면에서 수직으로 발사한다. 시각 tt(초)에서 로켓의 수직 속도는 v(t)=500−32tv(t)= 500-32t 피트/초로 주어진다.

(a) 로켓을 발사한 후 몇 초일 때 로켓의 속도가 0이 되는지 구하세요. 이 시각을 aa라 하세요. t=at = a 일 때 로켓에 어떤 일이 일어나는지 설명하세요. (b) 구간 0≤t≤a0 \le t \le a 에서 y=v(t)y = v(t) 와 tt축으로 둘러싸인 부분의 전체 넓이의 값을 구하세요. 이 넓이는 문제의 물리적 상황에서 무엇을 나타내는지 설명하세요. (c) 함수 vv 의 부정적분 ss 를 구하세요. 즉, s′(t)=v(t)s'(t) = v(t) 를 만족시키는 함수 ss 를 구하세요. (d) s(a)−s(0)s(a) - s(0) 의 값을 구하세요. 이 값은 문제의 물리적 상황에서 무엇을 나타내는지 설명하세요. (e) s(5)−s(1)s(5) - s(1) 의 값을 구하세요. 이 값은 로켓의 비행에 대해 무엇을 알려 주는지 설명하세요.

영어 원문 보기

A toy rocket is launched vertically from the ground on a day with no wind. The rocket's vertical velocity at time tt (in seconds) is given by v(t)=500−32tv(t)= 500-32t feet/sec.

(a) At what time after the rocket is launched does the rocket's velocity equal zero? Call this time value aa. What happens to the rocket at t=at = a? (b) Find the value of the total area enclosed by y=v(t)y = v(t) and the tt-axis on the interval 0≤t≤a0 \le t \le a. What does this area represent in terms of the physical setting of the problem? (c) Find an antiderivative ss of the function vv. That is, find a function ss such that s′(t)=v(t)s'(t) = v(t). (d) Compute the value of s(a)−s(0)s(a) - s(0). What does this number represent in terms of the physical setting of the problem? (e) Compute s(5)−s(1)s(5) - s(1). What does this number tell you about the rocket's flight?

정답·풀이 보기

(a) v(t)=0v(t) = 0 으로 놓으면 500−32t=0500 - 32t = 0 이므로 t=50032=1258=15.625t = \frac{500}{32} = \frac{125}{8} = 15.625 이다. 이 시각은 로켓의 속도가 양에서 음으로 바뀌는 때이고, 따라서 로켓의 위치가 증가에서 감소로 바뀌는 지점, 즉 로켓이 최고 높이에 도달하는 때이다. (b) 구간 [0,15.625][0, 15.625] 에서 vv 는 두 점 (0,500)(0,500) 과 (15.625,0)(15.625,0) 을 잇는 구간에서 값이 양인 일차함수이므로, 속도 함수와 tt축으로 둘러싸인 영역은 수직인 변의 길이가 500500, 수평인 변의 길이가 15.62515.625 인 직각삼각형이다. 이 삼각형의 넓이는 A=12bh=12(15.625)(500)=3906.25A = \frac{1}{2}bh = \frac{1}{2}(15.625)(500) = 3906.25 이다. 이것은 속도 곡선 아래의 넓이이고(속도가 양인 구간이므로) 시간 구간 [0,15.625][0, 15.625] 에서 로켓이 수직으로 이동한 거리를 나타낸다. (c) 도함수가 v(t)=s′(t)=500−32tv(t) = s'(t) = 500-32t 인 함수의 하나는 s(t)=500t−16t2s(t) = 500t - 16t^2 이다. (d) (c)의 결과를 이용하면 s(15.625)−s(0)=500(15.625)−16(15.625)2−(0−0)=3906.25s(15.625) - s(0) = 500(15.625) - 16(15.625)^2 - (0 - 0) = 3906.25 이다. 따라서 [0,15.625][0,15.625] 에서 로켓의 위치 변화량은 3906.253906.25 피트이며, 이 구간 내내 속도가 양이므로 이는 로켓이 이 시간 구간 동안 수직으로 이동한 거리이기도 하다. (e) s(5)−s(1)=1616s(5) - s(1) = 1616 이므로, 로켓은 t=1t = 1 에서 t=5t = 5 까지 44초 동안 16161616 피트 상승했음을 알 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Setting v(t)=0v(t) = 0, we find 500−32t=0500 - 32t = 0, and thus t=50032=1258=15.625t = \frac{500}{32} = \frac{125}{8} = 15.625. This is the time that the rocket's velocity changes from positive to negative, and thus the point when the rocket's position changes from increasing to decreasing: it's when the rocket reaches its maximum height. (b) Since vv is a positive linear function that connects the points (0,500)(0,500) and (15.625,0)(15.625,0) on the interval [0,15.625][0, 15.625], the region enclosed by the velocity function and the tt-axis is a right triangle with vertical leg of length 500500 and horizontal leg of length 15.62515.625. The area of this triangle is A=12bh=12(15.625)(500)=3906.25A = \frac{1}{2}bh = \frac{1}{2}(15.625)(500) = 3906.25. Because this is the area under the velocity curve (where velocity is positive) this area represents the vertical distance traveled by the rocket on the time interval [0,15.625][0, 15.625]. (c) One function that has derivative v(t)=s′(t)=500−32tv(t) = s'(t) = 500-32t is s(t)=500t−16t2s(t) = 500t - 16t^2. (d) Using our result in (c), s(15.625)−s(0)=500(15.625)−16(15.625)2−(0−0)=3906.25s(15.625) - s(0) = 500(15.625) - 16(15.625)^2 - (0 - 0) = 3906.25. Thus, the change of the rocket's position on [0,15.625][0,15.625] is 3906.253906.25 feet, which is also the distance the rocket traveled vertically on the time interval, since velocity is positive throughout. (e) We find that s(5)−s(1)=1616s(5) - s(1) = 1616, which tells us that the rocket rose 16161616 feet on the 44-second interval from t=1t = 1 to t=5t = 5.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 4.1절 · 10번
# 속도와 거리활용자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
53.Active Calculus · 4.3절 · 10번우리말 번역

움직이는 물체의 속도가 v(t)=t(t−1)(t−3)v(t) = t(t-1)(t-3) (단위: 피트/초)로 주어지고, 이 함수는 0≤t≤40 \le t \le 4 에서 성립한다고 하자.

(a) 구간 [0,4][0,4] 에서 물체의 위치 변화량의 총합과 값이 같은, 정적분을 이용한 식을 쓰세요. (b) 적절한 도구(애플릿 등)를 사용하여 리만 합을 계산해 구간 [0,4][0,4] 에서 물체의 위치 변화량의 총합을 어림하세요. 어림값이 소수 둘째 자리까지 정확하도록 계산하고, 그렇다고 판단한 근거를 설명하세요. (c) 구간 [0,4][0,4] 에서 물체가 이동한 총 거리와 값이 같은, 정적분을 이용한 식을 쓰세요. (d) 적절한 도구를 사용하여 리만 합을 계산해 구간 [0,4][0,4] 에서 물체가 이동한 총 거리를 어림하세요. 어림값이 소수 둘째 자리까지 정확하도록 계산하고, 그렇다고 판단한 근거를 설명하세요. (e) 구간 [0,4][0,4] 에서 물체의 평균 속도를 소수 둘째 자리까지 정확하게 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose that the velocity of a moving object is given by v(t)=t(t−1)(t−3)v(t) = t(t-1)(t-3), measured in feet per second, and that this function is valid for 0≤t≤40 \le t \le 4.

(a) Write an expression involving definite integrals whose value is the total change in position of the object on the interval [0,4][0,4]. (b) Use appropriate technology (such as an applet) to compute Riemann sums to estimate the object's total change in position on [0,4][0,4]. Work to ensure that your estimate is accurate to two decimal places, and explain how you know this to be the case. (c) Write an expression involving definite integrals whose value is the total distance traveled by the object on [0,4][0,4]. (d) Use appropriate technology to compute Riemann sums to estimate the object's total distance travelled on [0,4][0,4]. Work to ensure that your estimate is accurate to two decimal places, and explain how you know this to be the case. (e) What is the object's average velocity on [0,4][0,4], accurate to two decimal places?

정답·풀이 보기

(a) v(t)=0v(t) = 0 인 때는 t=0t = 0, t=1t = 1, t=3t = 3 이고, 구간 0<t<10 < t < 1 과 3<t<43 < t < 4 에서는 v(t)v(t) 가 양수이며, 1<t<31 < t < 3 에서는 v(t)v(t) 가 음수이다. 따라서 물체의 위치 변화량의 총합 PP 는 다음과 같다. P=∫01v(t) dt+∫13v(t) dt+∫34v(t) dt=∫04v(t) dt .P = \int_0^1 v(t) \, dt + \int_1^3 v(t) \, dt + \int_3^4 v(t) \, dt = \int_0^4 v(t) \, dt\,. (b) 계산 도구를 이용하여 중점 규칙으로 위치 변화량의 총합 ∫04v(t) dt\int_0^4 v(t) \, dt 를 어림한다. M25=2.6496M_{25} = 2.6496, M50=2.6624M_{50} = 2.6624, M75=2.66477M_{75} = 2.66477, M100=2.6656M_{100} = 2.6656 을 얻는다. 소구간의 수를 늘려도 소수 첫째 자리와 둘째 자리가 변하지 않는 것으로 보이므로, P=∫04v(t) dt≈2.665P = \int_0^4 v(t) \, dt \approx 2.665 는 소수 둘째 자리까지 정확하다고 할 수 있다. (c) (a)에서 v(t)v(t) 의 부호를 살펴보았다. 특히 1<t<31 < t < 3 에서 v(t)<0v(t) < 0 이므로 ∫13v(t) dt\int_1^3 v(t) \, dt 는 음의 위치 변화량을 준다. 따라서 이 구간에서 이동한 거리는 −∫13v(t) dt-\int_1^3 v(t) \, dt 이고, 구간 [0,4][0,4] 에서 이동한 총 거리 DD 는 다음과 같다. D=∫01v(t) dt−∫13v(t) dt+∫34v(t) dt .D = \int_0^1 v(t) \, dt - \int_1^3 v(t) \, dt + \int_3^4 v(t) \, dt\,. (d) 리만 합으로 DD 를 어림하려면 세 정적분을 각각 어림해야 한다. 그 결과는 다음과 같다.

  • ∫01v(t) dt≈M100=0.41669\int_0^1 v(t) \, dt \approx M_{100} = 0.41669,
  • ∫13v(t) dt≈M100=−2.6668\int_1^3 v(t) \, dt \approx M_{100} = -2.6668, 그리고
  • ∫14v(t) dt≈M100=4.91667\int_1^4 v(t) \, dt \approx M_{100} = 4.91667 MnM_n 에서 여러 가지 nn 의 값으로 계산해 보면, 이 각각의 어림값은 적어도 소수 33 째 자리까지 정확함을 알 수 있다. 따라서 이들의 합은 적어도 소수 22 째 자리까지 정확하리라 기대할 수 있다. 그러므로 D=∫01v(t) dt−∫13v(t) dt+∫34v(t) dt≈0.41669−(−2.6668)+4.91667=8.00016 .D = \int_0^1 v(t) \, dt - \int_1^3 v(t) \, dt + \int_3^4 v(t) \, dt \approx 0.41669 - (-2.6668) + 4.91667 = 8.00016\,. 따라서 D≈8.00016D \approx 8.00016 은 적어도 소수 22 째 자리까지 정확한 이동 거리의 어림값이다. (e) 구간 [0,4][0,4] 에서의 평균 속도는 다음 적분식으로 주어진다. vAVG⁡[0,4]=14−0∫04v(t) dt .v_{\operatorname{AVG} [0,4]} = \frac{1}{4-0} \int_0^4 v(t) \, dt\,. (b)에서 이 정적분을 어림했으므로 그 결과를 이용하면 vAVG⁡[0,4]≈14−02.665=0.66625v_{\operatorname{AVG} [0,4]} \approx \frac{1}{4-0} 2.665 = 0.66625 피트/초가 물체의 평균 속도이며, 적어도 소수 둘째 자리까지 정확하다. 위치 변화량의 총합이 양수이므로 평균 속도가 양수인 것은 타당하다.
원본 교재 풀이(영어)

(a) We observe that v(t)=0v(t) = 0 at t=0t = 0, t=1t = 1, and t=3t = 3, and v(t)v(t) is positive on the intervals 0<t<10 < t < 1 and 3<t<43 < t < 4, while v(t)v(t) is negative on 1<t<31 < t < 3. The total change in position, PP, of the object is thus given by P=∫01v(t) dt+∫13v(t) dt+∫34v(t) dt=∫04v(t) dt .P = \int_0^1 v(t) \, dt + \int_1^3 v(t) \, dt + \int_3^4 v(t) \, dt = \int_0^4 v(t) \, dt\,. (b) Using computational technology, we use the midpoint rule to estimate the total change of position, ∫04v(t) dt\int_0^4 v(t) \, dt. We find that M25=2.6496M_{25} = 2.6496, M50=2.6624M_{50} = 2.6624, M75=2.66477M_{75} = 2.66477, and M100=2.6656M_{100} = 2.6656. Since it appears that neither of the first two decimal places are changing as we increase the number of subintervals, it looks like P=∫04v(t) dt≈2.665P = \int_0^4 v(t) \, dt \approx 2.665 is accurate to two decimal places. (c) We noted in (a) where v(t)v(t) is positive and negative. In particular, on 1<t<31 < t < 3, v(t)<0v(t) < 0, and thus ∫13v(t) dt\int_1^3 v(t) \, dt will give us a negative change in position; the distance traveled on this interval is therefore −∫13v(t) dt-\int_1^3 v(t) \, dt, and hence the total distance traveled, DD, on [0,4][0,4] is D=∫01v(t) dt−∫13v(t) dt+∫34v(t) dt .D = \int_0^1 v(t) \, dt - \int_1^3 v(t) \, dt + \int_3^4 v(t) \, dt\,. (d) To use Riemann sums to estimate DD, we have to estimate each of the three integrals individually. We find that

  • ∫01v(t) dt≈M100=0.41669\int_0^1 v(t) \, dt \approx M_{100} = 0.41669,
  • ∫13v(t) dt≈M100=−2.6668\int_1^3 v(t) \, dt \approx M_{100} = -2.6668, and
  • ∫14v(t) dt≈M100=4.91667\int_1^4 v(t) \, dt \approx M_{100} = 4.91667 From experimenting with different nn-values in MnM_n, it is apparent that each of these individual estimates is accurate to at least 33 decimal places, and thus we expect their sum to be accurate to at least 22. Hence, D=∫01v(t) dt−∫13v(t) dt+∫34v(t) dt≈0.41669−(−2.6668)+4.91667=8.00016 .D = \int_0^1 v(t) \, dt - \int_1^3 v(t) \, dt + \int_3^4 v(t) \, dt \approx 0.41669 - (-2.6668) + 4.91667 = 8.00016\,. Therefore D≈8.00016D \approx 8.00016 is an estimate of distance traveled accurate to at least 22 decimal places. (e) We know that the average velocity on [0,4][0,4] is given by the integral expression vAVG⁡[0,4]=14−0∫04v(t) dt .v_{\operatorname{AVG} [0,4]} = \frac{1}{4-0} \int_0^4 v(t) \, dt\,. We estimated the definite integral in (b), so using that result, vAVG⁡[0,4]≈14−02.665=0.66625v_{\operatorname{AVG} [0,4]} \approx \frac{1}{4-0} 2.665 = 0.66625 feet per second is the object's average velocity, accurate to at least two decimal places. It makes sense that the average velocity is positive since the total change in position is positive.
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# 정적분의 뜻과 성질활용자동 분류
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