문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 적분

속도와 거리

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

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 문제Active Calculus · 4.1절 · 10번우리말 번역

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 tt 는 필터를 교체한 뒤 지난 날수입니다.

정수 필터의 오염 자료.

날짜, tt 00 66 1212 1818 2424 3030
하루당 오염 속도(단위/일), p(t)p(t) 77 88 1010 1313 1818 3535

(a) 가로축을 시간, 세로축을 오염 속도로 하여 주어진 자료를 좌표평면에 나타내세요. (b) 이 30일 동안 호수로 흘러든 오염의 양이 시간 구간 [0,30][0,30] 에서 y=p(t)y = p(t) 와 tt축으로 둘러싸인 부분의 넓이와 정확히 같은 이유를 설명하세요. (c) 이 30일 동안 호수로 흘러든 오염의 총량을 어림하세요. 어림값을 어떻게 구했는지 자세히 설명하세요.

다 풀었으면 정답 확인

(a) 아래 그림을 보면 시간이 지남에 따라 오염 속도가 증가하는 비율로 증가하는 것으로 보인다. 이 이미지에 대체 텍스트를 추가하세요. (b) 오염 속도가 거의 상수인 구간을 생각하고 그 구간의 너비가 △t\triangle t 라 하면, 그 구간에서 곡선 아래의 넓이는 너비가 △t\triangle t 이고 높이가 그 구간의 오염 속도 p(t)p(t) 인 직사각형의 넓이와 거의 같다. 넓이를 구하기 위해 곱 p(t)⋅△tp(t) \cdot \triangle t 를 계산할 때 관련된 단위는 “하루당 오염 단위”와 “일”의 곱이므로, 전체 단위는 “오염 단위”가 된다. 따라서 곡선 아래의 넓이는 시간 구간 [0,30][0,30] 동안 배출된 오염의 총량을 나타낸다. (c) 오염의 총량을 어림하는 한 가지 방법은 각 구간 [0,6][0,6], [6,12][6,12], …\ldots 에서 오염 속도가 상수라고 가정하는 것이다. 예를 들어 [0,6][0,6] 에서는 속도가 항상 하루당 77 단위이고, [6,12][6,12] 에서는 하루당 88 단위로 뛰어오르며, 이후도 같은 식이라고 가정할 수 있다. 이렇게 하고 (b)에서 논의한 생각을 이용하면, 오염의 총량 PP 의 한 어림값은 P=7⋅6+8⋅6+10⋅6+13⋅6+18⋅6=336P = 7 \cdot 6 + 8 \cdot 6 + 10 \cdot 6 + 13 \cdot 6 + 18 \cdot 6 = 336 오염 단위이다. 예를 들어 13⋅613 \cdot 6 을 계산하는 것은 처리장이 6일 동안 하루에 1313 단위의 오염을 배출한다고 가정한 것이므로, 구간 [18,24][18,24] 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.

이 문제로 이어서 풀기
# 속도와 거리활용자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)

「속도와 거리」 문제 목록으로