해변의 작은 해양 공원에서 조수가 모래를 해변에서 쓸어 가는 비율은 다음 함수로 나타낼 수 있다.
양수 시설은 다음 함수로 나타낼 수 있는 비율로 해변에 모래를 보탠다.
와 는 모두 시간당 모래의 세제곱야드 단위로 측정하고, 는 시간 단위로 측정하며, 유효한 시간은 이다. 시각 일 때 해변에는 2500 세제곱야드의 모래가 있다.
(a) 시간 구간 동안 조수가 쓸어 가는 모래의 양을 나타내는 정적분은 무엇입니까? 그 이유는 무엇입니까? (b) 시각 에서 해변에 있는 모래의 총량(세제곱야드)인 에 대한 식을 쓰세요. 생각과 추론 과정을 자세히 설명하세요. (c) 시각 일 때 해변에 있는 모래의 총량(세제곱야드)은 순간적으로 얼마의 비율로 변하고 있는지 구하세요. (d) 시간 구간 에서 해변의 모래의 양이 가장 적은 때는 대략 언제 입니까? 그에 해당하는 최솟값은 대략 얼마입니까? 답을 충분히 설명하고 정당화하세요.
영어 원문 보기
The tide removes sand from the beach at a small ocean park at a rate modeled by the function
A pumping station adds sand to the beach at rate modeled by the function
Both and are measured in cubic yards of sand per hour, is measured in hours, and the valid times are . At time , the beach holds 2500 cubic yards of sand.
(a) What definite integral measures how much sand the tide will remove during the time period ? Why? (b) Write an expression for , the total number of cubic yards of sand on the beach at time . Carefully explain your thinking and reasoning. (c) At what instantaneous rate is the total number of cubic yards of sand on the beach at time changing? (d) Over the time interval , at approximately what time is the amount of sand on the beach least? What is the corresponding approximate minimum value? Explain and justify your answers fully.
정답·풀이 보기
(a) 조수는 시간당 세제곱야드의 비율로 모래를 쓸어 가므로, 시간 구간 에서 의 단위가 "세제곱야드"임을 생각하면, 이 시간 구간 동안 쓸려 간 모래의 총량은 다음과 같다. (b) 모래가 쓸려 가기도 하고 보태지기도 하므로, 주어진 시각 까지 더해지거나 빠진 모래의 총량은 모래가 보태지는 비율과 쓸려 가는 비율의 차를 적분하여 구할 수 있다. 특히 해변에 있는 모래의 총변화량은 변화율의 정적분이므로, 시각 에서 해변에 있는 모래의 총량은 처음 양(2500 세제곱야드)에 총변화량을 더한 것과 같다. (c) 는 시각 에서 해변에 있는 모래의 총량을 나타낸다는 것을 안다. 따라서 시각 일 때 해변에 있는 모래의 총량(세제곱야드)의 순간변화율은 이다. 먼저 를 구한다. 미적분의 기본정리 제2부분에 의해 이므로 세제곱야드/시간이다. (d) 모래의 총량 함수 가 에서 최솟값을 갖는 곳을 찾기 위해 의 변화를 살펴본다. 이 구간에서 의 그래프를 그려 보면 에서 이고, 에서는 , 에서는 임을 알 수 있다. 따라서 는 에서 감소하다가 증가로 바뀌므로 구간 에서 그 지점에서 최솟값을 가진다. 또한 이다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) Since the tide removes sand at a rate of cubic yards of sand per hour, on the time interval , it follows that since the units on are “cubic yards”, the total sand removed on this time interval is (b) Because sand is being both removed and added, we can determine the total amount of sand that has been added or subtracted up to a given time by integrating the difference between the the rates at which sand is being added and removed. In particular, since the total change in sand on the beach is the integral of the rate of change, we have that the total amount of sand on the beach at time is given by the original amount (2500 cubic yards) plus the total change: (c) We know that measures the total amount of sand on the beach at time . Thus, the instantaneous rate at which the total number of cubic yards of sand on the beach is changing at time is given by . We first compute . By the Second Fundamental Theorem of Calculus, we have and thus cubic yards per hour. (d) To find where the total sand function has its minimum value on , we look at the behavior of . Plotting on the interval, we see that at , and for , , and for , . Thus, changes from decreasing to increasing at and has an absolute minimum there on the interval . Furthermore, .
한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 1권 · 5.3절 · 14번
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