문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 미분

평균변화율과 미분계수

먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.

Active Calculus · 1.5절 · 6번우리말 번역

커피 한 잔의 시간 tt 에서의 온도 FF (단위: 화씨 도)가 함수 F(t)=75+110e−0.05tF(t) = 75 + 110 e^{-0.05t} 로 주어지고, 시간은 분 단위로 잰다.

(a) h=0.01h = 0.01 인 중심차분을 이용하여 F′(10)F'(10) 의 값을 어림하세요. (b) (a)에서 계산한 F′(10)F'(10) 의 값의 단위는 무엇입니까? F′(10)F'(10) 의 값이 실제로 의미하는 바는 무엇입니까? (c) F′(10)F'(10) 과 F′(20)F'(20) 중 어느 것이 더 클 것으로 예상합니까? 그 이유는 무엇입니까? (d) 시간 구간 0≤t≤300 \le t \le 30 에서 함수 y=F′(t)y = F'(t) 의 변화 양상을 설명하는 문장을 쓰세요. 그 그래프는 어떤 모양일 것이라고 생각합니까? 그 이유는 무엇입니까?

영어 원문 보기

A cup of coffee has its temperature FF (in degrees Fahrenheit) at time tt given by the function F(t)=75+110e−0.05tF(t) = 75 + 110 e^{-0.05t}, where time is measured in minutes.

(a) Use a central difference with h=0.01h = 0.01 to estimate the value of F′(10)F'(10). (b) What are the units on the value of F′(10)F'(10) that you computed in (a)? What is the practical meaning of the value of F′(10)F'(10)? (c) Which do you expect to be greater: F′(10)F'(10) or F′(20)F'(20)? Why? (d) Write a sentence that describes the behavior of the function y=F′(t)y = F'(t) on the time interval 0≤t≤300 \le t \le 30. How do you think its graph will look? Why?

정답·풀이 보기

(a) 중심차분 공식을 이용하면 다음과 같다. F′(10)≈F(10.01)−F(9.99)0.02=(75+110e−0.05⋅10.01)−(75+110e−0.05⋅9.99)0.02≈−3.33592 .F'(10) \approx \frac{F(10.01) - F(9.99)}{0.02} = \frac{(75 + 110 e^{-0.05\cdot 10.01}) - (75 + 110 e^{-0.05\cdot 9.99})}{0.02} \approx -3.33592\,. (b) FF 는 화씨 도 단위로, tt 는 분 단위로 재므로 F′(10)≈−3.33592F'(10) \approx -3.33592 화씨 도/분이다. 이는 t=10t=10 인 순간에 커피의 온도가 분당 약 3.335923.33592 도의 순간변화율로 감소하고 있음을 뜻한다. 달리 말하면, 다음 1분 동안 커피의 온도가 약 3.335923.33592 도 떨어질 것으로 예상할 수 있다. (c) 커피의 온도와 주변 온도의 차이가 가장 큰 초반에 커피의 온도가 빠르게 감소하고, 시간이 지남에 따라 커피의 온도가 주변 실내 온도에 가까워질 것으로 예상한다. FF 가 항상 감소하는 함수이므로 F′F' 은 항상 음수임을 염두에 두면, F′(10)F'(10) 이 F′(20)F'(20) 보다 작다(더 음수이다)는 것을 알 수 있다. 이러한 관찰은 FF 의 그래프를 그려서도 확인할 수 있다. (d) F′F' 은 항상 음수이고, 시간이 지남에 따라 F′F' 이 00 에 점점 더 가까워질 것(즉, F′F' 이 증가함)으로 예상된다는 것을 앞에서 살펴보았다. 따라서 F′F' 의 그래프는 y=−e−xy = -e^{-x} 의 그래프와 비슷한 모양일 것으로 예상된다. −e−x-e^{-x} 도 지수함수이고, 항상 음수이며, 항상 증가하고, xx 가 커질수록 00 에 가까워지므로 이는 타당하다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Using the central difference formula, we find that F′(10)≈F(10.01)−F(9.99)0.02=(75+110e−0.05⋅10.01)−(75+110e−0.05⋅9.99)0.02≈−3.33592 .F'(10) \approx \frac{F(10.01) - F(9.99)}{0.02} = \frac{(75 + 110 e^{-0.05\cdot 10.01}) - (75 + 110 e^{-0.05\cdot 9.99})}{0.02} \approx -3.33592\,. (b) Since FF is measured in degrees Fahrenheit and tt in minutes, we have F′(10)≈−3.33592F'(10) \approx -3.33592 degrees F per minute. This means that at the instant t=10t=10, the temperature of the coffee is decreasing at an instantaneous rate of about 3.335923.33592 degrees per minute. Said differently, in the next minute, we'd expect the temperature of the coffee to drop about 3.335923.33592 degrees. (c) We expect the coffee's temperature to decrease quickly early on when the difference between its temperature and the surroundings is greatest, and as time goes on for the coffee's temperature to approach that of the surrounding room. Keeping in mind that FF is an always decreasing function so that F′F' is always negative, we observe that F′(10)F'(10) should be less (more negative) than F′(20)F'(20). These observations can also be confirmed by plotting a graph of FF. (d) We have noted that F′F' is always negative, and that we expect F′F' to get closer and closer to 00 as time goes on (that is, F′F' is increasing). As such, we expect F′F' to look something like the graph of y=−e−xy = -e^{-x}. This is reasonable since −e−x-e^{-x} is also an exponential function, is always negative, is always increasing, and approaches 00 as xx increases.

한 번 더 — 비슷한 문제APEX · 2.2절 · 6번우리말 번역

z(25)=187z(25)=187 이고 z′(25)=17z'(25) = 17 일 때, z(20)z(20) 의 값을 어림하세요.

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