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 · 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.

영어 원문 보기

Filters at a water treatment plant become dirtier over time and thus become less effective; they are replaced every 30 days. During one 30-day period, the rate at which pollution passes through the filters into a nearby lake (in units of particulate matter per day) is measured every 6 days and is given in the following table. The time tt is measured in days since the filters were replaced.

Pollution data for the water filters.

Day, tt 00 66 1212 1818 2424 3030
Rate of pollution in units per day, p(t)p(t) 77 88 1010 1313 1818 3535

(a) Plot the given data on a set of axes with time on the horizontal axis and the rate of pollution on the vertical axis. (b) Explain why the amount of pollution that entered the lake during this 30-day period would be given exactly by the area bounded by y=p(t)y = p(t) and the tt-axis on the time interval [0,30][0,30]. (c) Estimate the total amount of pollution entering the lake during this 30-day period. Carefully explain how you determined your estimate.

정답·풀이 보기

(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.

원본 교재 풀이(영어)

(a) The plot below shows that the rate of pollution appears to be increasing at an increasing rate as time goes on. ADD ALT TEXT TO THIS IMAGE (b) If we think about an interval on which the rate of pollution is relatively constant and suppose the interval is △t\triangle t wide, then the area under the curve on that interval is approximately the area of the rectangle whose width is △t\triangle t and whose height is p(t)p(t), the polution rate on that interval. When we compute the product p(t)⋅△tp(t) \cdot \triangle t to find the area, the units involved are “units of pollution per day” times “days”, which results in an overall unit of “units of pollution”. Thus, the area under the curve tells us the total pollution emitted over the time interval [0,30][0,30]. (c) One way to estimate the total amount of pollution is to suppose the rate of pollution is constant on each of the intervals [0,6][0,6], [6,12][6,12], …\ldots. For instance, we could assume the rate on [0,6][0,6] is always 77 units per day, and then the rate jumps to 88 units per day on [6,12][6,12], and so on. Doing so, and using the ideas we discussed in (b), one estimate for the total pollution, PP, is 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 total units of pollution. Note, for example, that when we compute 13⋅613 \cdot 6 this represents an estimate of the total amount of pollution emitted on the interval [18,24][18,24] since we are assuming the plant emits 1313 units of pollution per day for 6 days. It is apparent that this particular estimate is an underestimate of the total amount of pollution since the rate is always increasing but we are choosing the lowest value of that rate on a given interval.

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 1권 · 5.4절 · 33번

자동차가 브레이크를 밟을 때 낼 수 있는 최대 감속도는 마른 콘크리트에서 약 7 m/s27\,\text{m/s}^2, 젖은 아스팔트에서 약 2.5 m/s22.5\,\text{m/s}^2 입니다. 1 mph1\,\text{mph} 는 0.447 m/s0.447\,\text{m/s} 에 해당합니다. 브레이크를 밟은 순간부터 완전히 멈출 때까지 자동차가 달린 거리를 m 단위로 구하세요. 마른 콘크리트에서 처음 속도가 67 mph67\,\text{mph}(30 m/s30\,\text{m/s})일 때와 56 mph56\,\text{mph}(25 m/s25\,\text{m/s})일 때를 각각 구하고, 미끄러운 젖은 아스팔트에서도 같은 값을 구하세요.

다 풀었으면 정답 확인

마른 콘크리트: 64.3 m64.3\,\text{m} (30 m/s30\,\text{m/s}), 44.6 m44.6\,\text{m} (25 m/s25\,\text{m/s}) / 젖은 아스팔트: 180 m180\,\text{m}, 125 m125\,\text{m}

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# 속도와 거리그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)

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