를 속도 (km/시)로 달리는 자동차의 연료 소비량(리터/km)이라고 하자. 다시 말해, 는 자동차가 시속 킬로미터로 달릴 때 1킬로미터를 가는 데 사용하는 연료의 양(리터)을 나타낸다. 또한 이고 라고 하자.
(a) 를 같은 자동차가 속도 로 연료 1리터로 갈 수 있는 거리라고 하자. 와 사이의 관계는 무엇입니까? 이를 이용하여 과 을 구하세요. (b) 를 속도 로 달리는 자동차의 시간당 연료 소비량(리터/시)이라고 하자. 다시 말해, 는 자동차가 속도 로 달릴 때 1시간 동안 사용하는 연료의 양(리터)을 나타낸다. 와 사이의 대수적 관계는 무엇입니까? 이를 이용하여 과 을 구하세요. (c) 미적분을 전혀 모르는 운전자에게 이 함숫값과 미분계수의 실제적인 의미를 어떻게 설명하겠습니까? 답에서 다루는 각 함숫값과 미분계수에 단위를 포함하세요.
영어 원문 보기
Let be the gas consumption (in liters/km) of a car going at velocity (in km/hour). In other words, tells you how many liters of gas the car uses to go one kilometer if it is traveling at kilometers per hour. In addition, suppose that and .
(a) Let be the distance the same car goes on one liter of gas at velocity . What is the relationship between and ? Hence find and . (b) Let be the gas consumption in liters per hour of a car going at velocity . In other words, tells you how many liters of gas the car uses in one hour if it is going at velocity . What is the algebraic relationship between and ? Hence find and . (c) How would you explain the practical meaning of these function and derivative values to a driver who knows no calculus? Include units on each of the function and derivative values you discuss in your response.
정답·풀이 보기
(a) 의 단위는 “킬로미터/리터”임을 알 수 있다. 의 단위가 “리터/킬로미터”이므로 는 의 역수이다: . 따라서 몫의 미분법에 의해 다음을 얻는다. 또한 주어진 값을 이용하면 킬로미터/리터이고, 이다. 여기서 의 단위는 “킬로미터/리터/(킬로미터/시)”임에 주의한다. (b) 의 단위는 “리터/시”이고 의 단위는 “리터/킬로미터”이므로, 에 (단위는 “킬로미터/시”)를 곱하면 의 단위가 의 단위와 일치한다. 따라서 곱의 미분법에 의해 다음을 얻는다. 의 함숫값과 미분계수를 이용하면 리터/시이고 리터/시/(킬로미터/시)이다. (c) 미적분을 모르는 사람에게 이 함숫값과 미분계수의 의미를 설명하려면 다음과 같이 말할 수 있다.
- 주어진 값 와 는 자동차가 시속 킬로미터로 달릴 때 1킬로미터를 가는 데 연료를 리터 사용한다는 것을 알려 준다. 또한 속도가 시속 km보다 시속 1킬로미터 더 빨라질 때마다, 자동차는 1킬로미터당 연료를 약 리터 더 사용할 것으로 예상된다.
- 과 은 자동차가 시속 킬로미터로 달릴 때 연료 1리터로 킬로미터를 갈 수 있다는 것을 알려 준다. 또한 속도가 시속 km보다 시속 1킬로미터 더 빨라질 때마다, 자동차는 연료 1리터로 갈 수 있는 거리가 약 킬로미터 줄어들 것으로 예상된다.
- 마지막으로 와 는 자동차가 시속 킬로미터로 달릴 때 1시간 동안 연료를 리터 사용한다는 것을 알려 준다. 또한 속도가 시속 km보다 시속 1킬로미터 더 빨라질 때마다, 자동차는 1시간당 연료를 약 리터 더 사용할 것으로 예상된다. 이 세 가지 관찰은 모두 본질적으로 같은 내용을 서로 다른 관점에서 말하고 있음에 주의한다. 첫째는 연료 소비량을 리터/킬로미터로 나타낸 것이고, 둘째는 킬로미터/리터로 나타낸 것이며, 마지막은 리터/시로 나타낸 것이다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) Observe that the units on are “kilometers per liter”. Since the units on are “liters per kilometer”, it follows that is the reciprocal of : . By the quotient rule, we then know that Further, using the given values we can say that kilometers per liter, and . Note that the units on are “kilometers per liter per kilometer per hour”. (b) Since the units on are “liters per hour”, and the units on are “liters per kilometer”, we note that if we multiply by (whose units are “kilometers per hour”), we get that the units on match the units of . Thus, By the product rule, it follows that Using the known function and derivative values of , we determine that liters per hour and liters per hour per kilometer per hour. (c) To explain the meaning of these function and derivative values to someone who doesn't know calculus, we could say something like the following:
- The given values of and tell us that when the car is going kilometers per hour, it is using liters of fuel for every kilometer it travels. In addition, for each additional kilometer per hour of velocity above kph, we expect that the car will use about an additional liters of fuel per kilometer.
- The values of and tell us that when the car is going kilometers per hour, it is able to travel kilometers for each liter of fuel used. In addition, for each additional kilometer per hour of velocity above kph, we expect that the car will be able to travel about fewer kilometers per liter of fuel.
- Finally, the values of and tell us that when the car is going kilometers per hour, it is using liters of fuel for every hour it travels. In addition, for each additional kilometer per hour of velocity above kph, we expect that the car will ues about more liters of fuel per hour. Note that all three of these observations are saying fundamentally the same thing, just from different perspectives: the first regards fuel consumption measured in liters per kilometer; the second regards fuel consumption in kilometers per liter; and the last regards fuel consumption in liters per hour.
한 번 더 — 비슷한 문제Active Calculus · 2.3절 · 14번우리말 번역
넓은 땅을 가진 한 농부가 지금까지 매우 다양한 작물을 재배해 왔다. 에탄올 연료의 가격이 오르자, 그는 자신의 농지를 점점 더 많이 옥수수 생산에 쓰는 것이 현명하다고 판단한다. 옥수수를 점점 더 많이 재배하면서 그는 에이커당 수확량을 늘리는 요령을 익힌다. 올해 그는 자신의 땅 7000 에이커에 옥수수를 재배했고, 그 땅의 에이커당 평균 수확량은 170 부셸이었다. 현재 그는 옥수수 재배에 쓰는 면적을 매년 600 에이커의 비율로 늘릴 계획이며, 지금 평균 수확량이 매년 에이커당 8 부셸의 비율로 증가하고 있다고 예상한다. 이 정보를 이용하여 다음 물음에 답하세요.
(a) 올해를 이라 하고, 는 년에 농부가 옥수수 재배에 쓰는 면적(에이커)을, 는 년의 평균 수확량(에이커당 부셸)을, 는 농부가 생산하는 옥수수의 총 부셸 수를 나타낸다고 하자. 를 와 로 나타내는 식은 무엇인가요? 그 이유는 무엇인가요? (b) 의 값은 얼마인가요? 이 값은 무엇을 나타내나요? (c) 를 , , , 로 나타내는 식을 쓰세요. 생각한 과정을 설명하세요. (d) 의 값은 얼마인가요? 이 값은 무엇을 나타내나요? (e) 주어진 정보와 위의 풀이를 바탕으로 의 값을 어림하세요.
다 풀었으면 정답 확인
(a) 에이커에 에이커당 부셸을 곱하면, 년에 농부가 생산하는 옥수수의 총 부셸 수 부셸을 얻는다. (b) 에이커이고 수확량이 에이커당 부셸로 주어져 있으므로 부셸이다. 따라서 농부는 올해 옥수수 부셸을 생산한다. (c) 곱의 미분법에 의해 이다. (d) 이고 이다. 또한 농부는 옥수수 재배 면적을 매년 에이커의 비율로 늘릴 계획이고, 지금 평균 수확량이 매년 에이커당 부셸의 비율로 증가하고 있다고 예상한다고 주어져 있다. 따라서 이고 이다. 그러므로 여기서 의 단위는 에이커이고 의 단위는 매년 에이커당 부셸이므로, 의 단위는 부셸/년이다. 마찬가지로 의 단위는 에이커/년이고 의 단위는 에이커당 부셸이므로, 의 단위도 에이커당 부셸이다. 따라서 의 단위는 에이커당 부셸이다. 그러므로 은 농부가 생산할 수 있는 부셸 수가 올해 이후 매년 약 부셸씩 증가함을 나타낸다. (e) 에서 의 선형근사는 이므로, 부셸이다.