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 · 9번우리말 번역

어떤 자동차의 가치 VV (달러)는 그 자동차가 주행한 거리 mm (마일)에 따라 함수 V=h(m)V = h(m) 으로 정해진다.

(a) h(40000)=15500h(40000) = 15500 이고 h(55000)=13200h(55000) = 13200 이라 하자. 구간 [40000,55000][40000,55000] 에서 hh 의 평균변화율은 얼마이며, 이 값의 단위는 무엇인가요? (b) (a)에서 주어진 정보 외에 h(70000)=11100h(70000) = 11100 이라 하자. h′(55000)h'(55000) 의 가장 좋은 추정값을 구하고, 단위를 포함하여 그 결과의 의미를 한 문장으로 설명하세요. (c) h′(30000)h'(30000) 과 h′(80000)h'(80000) 중 어느 값이 더 클 것으로 예상하나요? 그 이유는 무엇인가요? (d) 함수 V=h(m)V = h(m) 의 장기적인 변화 양상을 한 문장으로 서술하고, h′(m)h'(m) 의 장기적인 변화 양상을 또 다른 한 문장으로 서술하세요. 자동차의 가치와 그 가치가 변하는 비율에 대해 실생활의 관점에서 설명하세요.

영어 원문 보기

The value, VV, of a particular automobile (in dollars) depends on the number of miles, mm, the car has been driven, according to the function V=h(m)V = h(m).

(a) Suppose that h(40000)=15500h(40000) = 15500 and h(55000)=13200h(55000) = 13200. What is the average rate of change of hh on the interval [40000,55000][40000,55000], and what are the units on this value? (b) In addition to the information given in (a), say that h(70000)=11100h(70000) = 11100. Determine the best possible estimate of h′(55000)h'(55000) and write one sentence to explain the meaning of your result, including units on your answer. (c) Which value do you expect to be greater: h′(30000)h'(30000) or h′(80000)h'(80000)? Why? (d) Write a sentence to describe the long-term behavior of the function V=h(m)V = h(m), plus another sentence to describe the long-term behavior of h′(m)h'(m). Provide your discussion in practical terms regarding the value of the car and the rate at which that value is changing.

정답·풀이 보기

(a) 구간 [40000,55000][40000,55000] 에서 hh 의 평균변화율을 구하려면, 이 구간에서 hh 의 값(달러)의 변화량을 mm 의 값(마일)의 변화량으로 나눈다. 그러면 AV[40000,55000]=h(55000)−h(40000)55000−40000=13200−1550015000=−230015000≈−0.153AV_{[40000,55000]} = \frac{h(55000)- h(40000)}{55000-40000} = \frac{13200-15500}{15000} = -\frac{2300}{15000} \approx -0.153 달러/마일이다. 이는 주행거리가 4000040 000 마일에서 5000050 000 마일까지 늘어나는 동안, 평균적으로 자동차의 가치가 주행 1마일당 0.1530.153 달러씩 감소함을 뜻한다. (b) 4000040 000 과 70000070 0000 은 5500055 000 에서 같은 거리에 있으므로, 중심차분몫을 이용하여 55000055 0000 에서 hh 의 미분계수를 근사하면 h′(55000)≈h(70000)−h(40000)70000−40000=11100−1550030000=−440030000≈−0.147h'(55000) \approx \frac{h(70000) - h(40000)}{70000-40000} = \frac{11100-15500}{30000} = - \frac{4400}{30000} \approx -0.147 달러/마일이다. 이 근삿값은 자동차가 5500055 000 마일을 주행한 순간에 자동차의 가치가 순간변화율 1마일당 0.1470.147 달러로 감소하고 있음을 뜻한다. 즉, 55000155 0001번째 마일을 주행하는 동안 자동차의 가치가 0.1470.147 달러 떨어질 것으로 예상할 수 있다. (c) 자동차의 주행거리가 쌓일수록 가치는 내려갈 것으로 예상된다. 그러나 가치 하락은 처음에 더 크고, 주행거리가 늘어 자동차가 낡을수록 그 크기가 작아질 것으로 예상해야 한다. 그렇지만 자동차의 가치는 항상 감소하며 h′(m)h'(m) 은 항상 음수임에 유의하라. 따라서 mm 이 증가함에 따라 hh 의 변화율은 증가한다(덜 음수가 된다)고 예상할 수 있고, h′(30000)<h′(80000)h'(30000) < h'(80000) 이다. (d) 자동차의 가치는 결코 음수가 아니다. 따라서 모든 mm 에 대해 h(m)≥0h(m) \geq 0 임을 알 수 있다. 새 자동차는 처음에 가치가 매우 빠르게 떨어지고, 자동차가 낡고 주행거리가 늘어남에 따라 가치는 00 에 가깝게 감가된다. 그러므로 hh 는 감소함수이다. 자동차의 가치는 항상 감소하므로 모든 m>0m > 0 에 대해 h′(m)<0h'(m) < 0 이다. mm 이 증가함에 따라 감가 속도가 느려진다는 사실은 h′h' 이 증가하는(덜 음수가 되는) 함수임을 뜻한다. h′h' 이 증가하므로 hh 는 아래로 볼록하다. 이 내용은 1.6절에서 더 자세히 공부할 것이다. 따라서 hh 의 그래프는 xx 가 양수일 때 y=e−xy = e^{-x} 의 그래프와 대체로 비슷한 모양일 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) To find the average rate of change of hh on the interval [40000,55000][40000,55000], we divide the change in hh values (in dollars) on this interval by the change in mm values (in miles) to obtain AV[40000,55000]=h(55000)−h(40000)55000−40000=13200−1550015000=−230015000≈−0.153AV_{[40000,55000]} = \frac{h(55000)- h(40000)}{55000-40000} = \frac{13200-15500}{15000} = -\frac{2300}{15000} \approx -0.153 dollars per mile. This tells us that from the mileage of 4000040 000 to 5000050 000 miles, on average the car's value decreases by 0.1530.153 dollars per mile driven. (b) Since 4000040 000 and 70000070 0000 are equidistant from 5500055 000, we use the central difference quotient to approximate the derivative of hh at 55000055 0000 to obtain h′(55000)≈h(70000)−h(40000)70000−40000=11100−1550030000=−440030000≈−0.147h'(55000) \approx \frac{h(70000) - h(40000)}{70000-40000} = \frac{11100-15500}{30000} = - \frac{4400}{30000} \approx -0.147 dollars per mile. This approximation tells us that at the instant the car has been driven 5500055 000 miles, the car's value is decreasing at an instantaneous rate of 0.1470.147 dollars per mile. That is, during 55000155 0001st mile, we'd expect the car's value to drop by 0.1470.147 dollars. (c) As we pile up miles on our car, we expect the value to go down. However, we should expect the depreciation to be more extreme at first, but less in magnitude as we drive more miles and our car gets older. Note, though, the the value of the car is always decreasing and h′(m)h'(m) is always negative. Thus, we should expect that the rate of change of hh is increasing (becoming less negative) as mm increases and that h′(30000)<h′(80000)h'(30000) < h'(80000). (d) The value of a car is never negative. So we know that h(m)≥0h(m) \geq 0 for all mm. A new car decreases in value very quickly at first, and as the car gets older with more mileage, its value will depreciate to near zero. So hh is a decreasing function. Since the value of our car always decreases, it follows that h′(m)<0h'(m) < 0 for all m>0m > 0. The fact that the depreciation slows as mm increases implies that h′h' is an increasing (getting less negative) function. Since h′h' is increasing, it follows that hh is bends upward; we will study this issue more in Section 1.6. So the graph of hh might have the general shape of the graph of y=e−xy = e^{-x} for positive values of xx.

한 번 더 — 비슷한 문제Active Calculus · 1.5절 · 8번우리말 번역

공중으로 수직으로 던져 올린 공의 속도는 v(t)=16−32tv(t) = 16 - 32t 로 주어진다. 여기서 vv 는 초당 피트로, tt 는 초로 측정한다. 공은 t=0t = 0 부터 t=2t = 2 까지 공중에 떠 있다.

(a) 공의 속도가 가장 큰 때는 언제인지 구하세요. (b) v′(1)v'(1) 의 값을 구하세요. 그렇게 생각한 근거를 설명하세요. (c) v′(1)v'(1) 의 값의 단위는 무엇인지 구하세요. 이 값과 그에 해당하는 단위는 시각 t=1t = 1 에서 공의 움직임에 대해 무엇을 말해 주는지 설명하세요. (d) 함수 v′(t)v'(t) 의 물리적 의미는 무엇인지 설명하세요.

다 풀었으면 정답 확인

(a) v(t)=16−32tv(t) = 16-32t 는 기울기가 음수인 −32-32 인 일차함수이므로 감소함수이다. 이 함수를 t=0t = 0 부터 t=2t=2 까지 살펴보므로, 속도는 왼쪽 끝점인 t=0t=0 일 때 가장 크다. 이때의 가장 큰 속도는 v(0)=16v(0) = 16 피트/초이다. (b) vv 는 일차함수이므로 기울기가 상수이고, 따라서 이 함수의 모든 접선의 기울기는 함수가 나타내는 직선의 기울기와 같다. 그러므로 v′(1)=−32v'(1) = -32 이다. (c) vv 는 초당 피트로, tt 는 초로 측정하므로 v′(1)v'(1) 의 단위는 “초당 피트 매 초”이다. v′(1)=−32v'(1) = -32 이므로, 이는 공의 속도가 매 초 초당 32피트의 비율로 감소하고 있음을 뜻한다. 즉, t=1t = 1 에서 공의 속도가 얼마이든, 그다음 1초 동안 속도가 (정확히) 초당 3232 피트만큼 감소할 것으로 기대할 수 있다. (보통은 이 전체 감소량이 정확한 값이 아니라 근삿값이지만, 속도 함수가 일차함수이므로 전체 변화량을 정확하게 계산할 수 있다.) (d) 속도의 순간변화율이 바로 공의 가속도이다. 실제로 v′(t)v'(t) 는 공의 속도가 어떻게 변하는지를 알려 주며, 속도가 초당 피트 매 초 단위로 −32-32 라는 일정한 비율로 변함을 나타낸다. 이는 중력에 의한 가속도가 상수라는 사실과도 일치한다.

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