장난감 로켓을 바람이 없는 날 지면에서 수직으로 발사한다. 시각 (초)에서 로켓의 수직 속도는 피트/초로 주어진다.
(a) 로켓을 발사한 후 몇 초일 때 로켓의 속도가 0이 되는지 구하세요. 이 시각을 라 하세요. 일 때 로켓에 어떤 일이 일어나는지 설명하세요. (b) 구간 에서 와 축으로 둘러싸인 부분의 전체 넓이의 값을 구하세요. 이 넓이는 문제의 물리적 상황에서 무엇을 나타내는지 설명하세요. (c) 함수 의 부정적분 를 구하세요. 즉, 를 만족시키는 함수 를 구하세요. (d) 의 값을 구하세요. 이 값은 문제의 물리적 상황에서 무엇을 나타내는지 설명하세요. (e) 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 (in seconds) is given by feet/sec.
(a) At what time after the rocket is launched does the rocket's velocity equal zero? Call this time value . What happens to the rocket at ? (b) Find the value of the total area enclosed by and the -axis on the interval . What does this area represent in terms of the physical setting of the problem? (c) Find an antiderivative of the function . That is, find a function such that . (d) Compute the value of . What does this number represent in terms of the physical setting of the problem? (e) Compute . What does this number tell you about the rocket's flight?
정답·풀이 보기
(a) 으로 놓으면 이므로 이다. 이 시각은 로켓의 속도가 양에서 음으로 바뀌는 때이고, 따라서 로켓의 위치가 증가에서 감소로 바뀌는 지점, 즉 로켓이 최고 높이에 도달하는 때이다. (b) 구간 에서 는 두 점 과 을 잇는 구간에서 값이 양인 일차함수이므로, 속도 함수와 축으로 둘러싸인 영역은 수직인 변의 길이가 , 수평인 변의 길이가 인 직각삼각형이다. 이 삼각형의 넓이는 이다. 이것은 속도 곡선 아래의 넓이이고(속도가 양인 구간이므로) 시간 구간 에서 로켓이 수직으로 이동한 거리를 나타낸다. (c) 도함수가 인 함수의 하나는 이다. (d) (c)의 결과를 이용하면 이다. 따라서 에서 로켓의 위치 변화량은 피트이며, 이 구간 내내 속도가 양이므로 이는 로켓이 이 시간 구간 동안 수직으로 이동한 거리이기도 하다. (e) 이므로, 로켓은 에서 까지 초 동안 피트 상승했음을 알 수 있다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) Setting , we find , and thus . 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 is a positive linear function that connects the points and on the interval , the region enclosed by the velocity function and the -axis is a right triangle with vertical leg of length and horizontal leg of length . The area of this triangle is . 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 . (c) One function that has derivative is . (d) Using our result in (c), . Thus, the change of the rocket's position on is feet, which is also the distance the rocket traveled vertically on the time interval, since velocity is positive throughout. (e) We find that , which tells us that the rocket rose feet on the -second interval from to .
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 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.
다 풀었으면 정답 확인
(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.