51–54번 문제에서 주어진 함수의 그래프를 그리고, 둘러싸인 영역의 넓이를 구하세요.
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In Exercises 51–54, sketch the given functions and find the area of the enclosed region.
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문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 적분
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51–54번 문제에서 주어진 함수의 그래프를 그리고, 둘러싸인 영역의 넓이를 구하세요.
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In Exercises 51–54, sketch the given functions and find the area of the enclosed region.
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연습문제 51–54에서 주어진 함수의 그래프를 그리고, 둘러싸인 영역의 넓이를 구하세요.
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In Exercises 51–54, sketch the given functions and find the area of the enclosed region.
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아래 그래프에서 검은색 곡선은 이다. 색깔이 있는 곡선 중 어느 것이 의 부정적분(원시함수)인지 구하세요.

On the graph below, the black curve is . Which of the coloured curves is an antiderivative of ?

는 그래프의 왼쪽 부분을 이루는 구간에서 0 이상이고, 오른쪽 부분에서는 음수임을 알 수 있다. 따라서 그 부정적분은 왼쪽 구간에서 증가하고, 오른쪽 구간에서 감소한다. 이는 와 에는 해당하지만 에는 해당하지 않는다.
가 수평인 접선을 갖는 점은 세 곳뿐이다. 최댓값을 갖는 점과 그림에 나타난 구간의 양 끝점이다. 반면 는 수평인 접선을 갖는 곳이 네 곳이다. 최댓값을 갖는 점, 변곡점, 그리고 그림에 나타난 구간의 양 끝점이다. 인 곳이 네 곳이고(이들은 의 수평인 부분과 일치한다) 따라서 가 의 부정적분이라고 결론짓는다.
Notice is nonnegative for an interval covering the left part of the graph, and negative on the right part of the graph. That means its antiderivative is increasing for the left interval, then decreasing for the right interval. This applies to and , but not .
There are only three points where has a horizontal tangent line: at its global maximum and the endpoints of the interval shown. By contrast, has a horizontal tangent line in four places: at its global maximum, at its inflection point, and at the endpoints of the interval shown. Since four times (and these line up with the horizontal portions of ) we conclude is the antiderivative of .
다음 표를 채우세요: (우함수/기함수)와 (우함수/기함수)의 곱은 (우함수/기함수)이다. 두 함수 모두 모든 실수에서 정의되어 있다고 가정해도 됩니다.
Fill in the following table: the product of an (even/odd) function with an (even/odd) function is an (even/odd) function. You may assume that both functions are defined for all real numbers.
우함수와 기함수의 정의를 떠올려 보자. 가 우함수라는 것은 정의역에 속하는 모든 에 대해 라는 뜻이고, 가 기함수라는 것은 정의역에 속하는 모든 에 대해 라는 뜻이다.
라 하자.
이 표는 함수가 아니라 짝수와 홀수인 수를 (곱하는 것이 아니라) 더할 때의 표와 같음을 알 수 있다.
Let's recall the definitions of even and odd functions: is even if for every in its domain, and is odd if for every in its domain.
Let .
We note that the table would be the same as if we were adding (not multiplying) even and odd numbers (not functions).
라 하자.
(a) 도함수 의 식을 구하세요. (식에 적분 기호가 포함되어도 됩니다.) (b) 의 그래프 위의 에서의 접선의 방정식을 구하세요.
Define .
(a) Find a formula for the derivative . (Your formula may include an integral sign.) (b) Find the equation of the tangent line to the graph of at .
(a) 곱의 미분법, 합성함수의 미분법, 미적분학의 기본정리 제1부를 차례로 이용하면,
(b) 일반적으로 의 그래프 위의 에서의 접선의 방정식은
이다. 주어진 와 을 대입하면 다음과 같다.
(a) Using the product rule, followed by the chain rule, followed by the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,
(b) In general, the equation of the tangent line to the graph of at is
Substituting in the given and :
정수 처리장의 필터는 시간이 지날수록 더 더러워져 효과가 떨어지므로 30일마다 교체합니다. 30일 동안 필터를 통과해 근처 호수로 흘러드는 오염 물질의 속도(하루당 입자상 물질의 단위 수)를 6일마다 측정하여 다음 표로 나타냈습니다. 시간 는 필터를 교체한 뒤 지난 날수입니다.
정수 필터의 오염 자료.
| 날짜, | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 하루당 오염 속도(단위/일), |
(a) 가로축을 시간, 세로축을 오염 속도로 하여 주어진 자료를 좌표평면에 나타내세요. (b) 이 30일 동안 호수로 흘러든 오염의 양이 시간 구간 에서 와 축으로 둘러싸인 부분의 넓이와 정확히 같은 이유를 설명하세요. (c) 이 30일 동안 호수로 흘러든 오염의 총량을 어림하세요. 어림값을 어떻게 구했는지 자세히 설명하세요.
Filters at a water treatment plant become dirtier over time and thus become less effective; they are replaced every 30 days. During one 30-day period, the rate at which pollution passes through the filters into a nearby lake (in units of particulate matter per day) is measured every 6 days and is given in the following table. The time is measured in days since the filters were replaced.
Pollution data for the water filters.
| Day, | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Rate of pollution in units per day, |
(a) Plot the given data on a set of axes with time on the horizontal axis and the rate of pollution on the vertical axis. (b) Explain why the amount of pollution that entered the lake during this 30-day period would be given exactly by the area bounded by and the -axis on the time interval . (c) Estimate the total amount of pollution entering the lake during this 30-day period. Carefully explain how you determined your estimate.
(a) 아래 그림을 보면 시간이 지남에 따라 오염 속도가 증가하는 비율로 증가하는 것으로 보인다.
(b) 오염 속도가 거의 상수인 구간을 생각하고 그 구간의 너비가 라 하면, 그 구간에서 곡선 아래의 넓이는 너비가 이고 높이가 그 구간의 오염 속도 인 직사각형의 넓이와 거의 같다. 넓이를 구하기 위해 곱 를 계산할 때 관련된 단위는 “하루당 오염 단위”와 “일”의 곱이므로, 전체 단위는 “오염 단위”가 된다. 따라서 곡선 아래의 넓이는 시간 구간 동안 배출된 오염의 총량을 나타낸다.
(c) 오염의 총량을 어림하는 한 가지 방법은 각 구간 , , 에서 오염 속도가 상수라고 가정하는 것이다. 예를 들어 에서는 속도가 항상 하루당 단위이고, 에서는 하루당 단위로 뛰어오르며, 이후도 같은 식이라고 가정할 수 있다. 이렇게 하고 (b)에서 논의한 생각을 이용하면, 오염의 총량 의 한 어림값은
오염 단위이다. 예를 들어 을 계산하는 것은 처리장이 6일 동안 하루에 단위의 오염을 배출한다고 가정한 것이므로, 구간 에서 배출된 오염의 총량의 어림값을 나타낸다. 오염 속도가 계속 증가하는데 각 구간에서 그 속도의 가장 낮은 값을 택했으므로, 이 어림값은 오염의 총량보다 작은 과소 어림값임이 분명하다.
(a) The plot below shows that the rate of pollution appears to be increasing at an increasing rate as time goes on.
(b) If we think about an interval on which the rate of pollution is relatively constant and suppose the interval is wide, then the area under the curve on that interval is approximately the area of the rectangle whose width is and whose height is , the polution rate on that interval. When we compute the product to find the area, the units involved are “units of pollution per day” times “days”, which results in an overall unit of “units of pollution”. Thus, the area under the curve tells us the total pollution emitted over the time interval .
(c) One way to estimate the total amount of pollution is to suppose the rate of pollution is constant on each of the intervals , , . For instance, we could assume the rate on is always units per day, and then the rate jumps to units per day on , and so on. Doing so, and using the ideas we discussed in (b), one estimate for the total pollution, , is
total units of pollution. Note, for example, that when we compute this represents an estimate of the total amount of pollution emitted on the interval since we are assuming the plant emits units of pollution per day for 6 days. It is apparent that this particular estimate is an underestimate of the total amount of pollution since the rate is always increasing but we are choosing the lowest value of that rate on a given interval.
이고 이라 하자.
(a) 구간 에서 의 그래프를 이름을 붙여 그리고, 에서 로 유계인 정확한 넓이를 값으로 갖는 정적분을 쓰세요. (b) 구간 에서 의 그래프를 이름을 붙여 그리고, 에서 로 유계인 정확한 넓이를 값으로 갖는 정적분을 쓰세요. (c) 에서 와 사이에 있는 영역의 정확한 넓이를 값으로 갖는, 정적분의 차를 포함한 식을 쓰세요. (d) (c)에서 쓴 식이 하나의 적분 와 같은 값을 갖는 이유를 설명하세요. (e) 일반적으로 의 모든 에 대해 이면, 와 사이의 정확한 넓이가 다음과 같이 주어지는 이유를 설명하세요.
Let and .
(a) On the interval , sketch a labeled graph of and write a definite integral whose value is the exact area bounded by on . (b) On the interval , sketch a labeled graph of and write a definite integral whose value is the exact area bounded by on . (c) Write an expression involving a difference of definite integrals whose value is the exact area that lies between and on . (d) Explain why your expression in (c) has the same value as the single integral . (e) Explain why, in general, if for all in , the exact area between and is given by
(a) 는 에서 양수이므로, 주어진 구간에서 이 함수와 축으로 유계인 넓이는 이다. 함수와 영역의 그래프는 아래와 같다.
(b) 마찬가지로 는 에서 양수이므로, 주어진 구간에서 이 함수와 축으로 유계인 넓이는 이다. 함수와 영역의 그래프는 아래와 같다.
(c) 위의 두 그림에서 두 곡선 사이의 정확한 넓이는 아래의 넓이()에서 아래의 넓이()를 뺀 것임을 알 수 있다. 즉,
(d) 같은 구간에서의 정적분의 합 법칙에 의해 다음이 성립한다.
따라서 오른쪽의 하나의 적분은 에서 두 곡선 사이의 정확한 넓이를 나타낸다.
(e) 일반적으로 에서 이면, 이 구간에서 와 사이의 정확한 넓이 는 다음과 같이 주어진다.
왜냐하면 이 넓이는 아래의 넓이()와 아래의 넓이()의 차로 구할 수 있고, (d)에서 보인 것처럼 두 정적분을 빼서 하나로 나타낼 수 있기 때문이다.
(a) Since is positive on , the area bounded by the function and -axis on the given interval is . A sketch of the function and region is shown below.
(b) Likewise, because is positive on , the area bounded by the function and -axis on the given interval is . A sketch of the function and region is shown below.
(c) From the above two figures, we see that the exact area between the two curves is the area under () minus the area under (). That is,
(d) By the sum rule for definite integrals over the same interval, we know that
and thus the latter single integral captures the exact area between the two curves on .
(e) In general, if on , the exact area, , between and on the interval will be given by
because we can find the area as the difference of the area under () and the area under (), and then subtract the two definite integrals as shown in (d).
항공기가 가능한 한 빠르게 상승하려고 할 때, 높은 고도일수록 공기가 희박하기 때문에 상승률(단위: 피트/분)은 고도가 높아짐에 따라 감소합니다. 아래는 어떤 단발 엔진 항공기의 성능 자료를 나타낸 표로, 여러 고도에서의 상승률을 보여 줍니다. 여기서 는 고도 에서의 비행기의 상승률을 나타냅니다.
| (피트) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (피트/분) |
고도 에 있는 비행기가 다음 1피트를 더 상승하는 데 필요한 시간(분)을 나타내는 새로운 함수 를 생각하세요.
(a) 에 대한 비슷한 값의 표를 만들고, 이 표가 위의 표와 어떤 관계가 있는지 설명하세요. 단위도 반드시 설명하세요. (b) 도함수가 인 함수를 정확하게 해석하세요. 입력은 무엇이고 출력은 무엇인지 설명하세요. 또한 이 함수가 우리에게 알려 주는 것이 무엇인지 쉬운 말로 설명하세요. (c) 그 값이 비행기가 고도 10,000피트까지 상승하는 데 필요한 시간(분)을 정확히 알려 주는 정적분을 구하세요. 이 정적분의 값이 왜 그러한 의미를 갖는지 분명하게 설명하세요. (d) 리만 합 를 이용하여 (c)에서 구한 정적분의 값을 어림하세요. 결과에 단위를 포함하세요.
When an aircraft attempts to climb as rapidly as possible, its climb rate (in feet per minute) decreases as altitude increases, because the air is less dense at higher altitudes. Given below is a table showing performance data for a certain single engine aircraft, giving its climb rate at various altitudes, where denotes the climb rate of the airplane at an altitude .
| (feet) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (ft/min) |
Let a new function called measure the number of minutes required for a plane at altitude to climb the next foot of altitude.
(a) Determine a similar table of values for and explain how it is related to the table above. Be sure to explain the units. (b) Give a careful interpretation of a function whose derivative is . Describe what the input is and what the output is. Also, explain in plain English what the function tells us. (c) Determine a definite integral whose value tells us exactly the number of minutes required for the airplane to ascend to 10,000 feet of altitude. Clearly explain why the value of this integral has the required meaning. (d) Use the Riemann sum to estimate the value of the integral you found in (c). Include units on your result.
(a) 주어진 상승률 의 단위는 피트/분이고, 새 함수 의 단위는 분/피트이므로 는 의 역수이다. 즉 이다. 따라서 다음과 같이 보완된 표를 얻는다.
| (피트) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (피트/분) | |||||||||||
| (분/피트) | |||||||||||
| (b) 어떤 함수가 주어졌을 때, 그 도함수의 단위는 “입력 단위당 출력 단위”임을 알고 있다. 의 단위가 “분/피트”이고 입력 단위가 “피트”이므로, 의 원시함수의 출력 단위는 “분”이어야 한다. 따라서 이 원시함수는 비행기가 피트의 고도까지 상승하는 데 걸리는 총 시간(분)을 알려 준다. | |||||||||||
| (c) 비행기가 피트의 고도까지 상승하는 데 필요한 시간(분)은 다음 정적분으로 주어진다. | |||||||||||
| 이는 의 단위가 “분/피트”이고 대응하는 리만 합에서 의 단위가 “피트”이므로, 이 단위를 가진 양들의 곱은 분 단위로 측정되는 수치가 되기 때문이다. | |||||||||||
| (d) 리만 합 에서는 부분구간이 개이다. 주어진 자료에서 이는 알려진 자료점을 하나씩 건너뛰며 함수의 값을 구해야 한다는 뜻이다. 구체적으로, | |||||||||||
| 따라서 비행기가 10,000피트의 고도까지 상승하는 데 분보다 조금 더 걸린다. |
(a) Since the given climb rate, , is in feet per minute, and the new function, , is measured in minutes per foot, it follows that is the reciprocal of , so . Hence we get the following updated table.
| (feet) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (ft/min) | |||||||||||
| (min/ft) | |||||||||||
| (b) Given an original function, we know that the units on its derivative are “units of input per unit of output”. Since the units on are “minutes per foot”, it follows that the antiderivative of should have output units of “minutes” since its input units are “feet”. The antiderivative function should thus tell us the total number of minutes that it takes for the plane to climb to an altitude of feet. | |||||||||||
| (c) The number of minutes required for the airplane to ascend to feet of altitude is given by the definite integral | |||||||||||
| since the units on are “minutes per foot” and the units on in the corresponding Riemann sum are “feet”, so when we take the product of quantities with these units, the resulting numerical quantity is measured in minutes. | |||||||||||
| (d) For the Riemann sum , we have subintervals. Given the original data, this means that we need to evaluate the function at every other known data point. In particular, | |||||||||||
| Thus, it takes the plane a bit more than minutes to climb to an altitude of 10,000 feet. |