문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 급수 심화

급수 심화 전체 문제

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유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

53문제 · 1 / 3쪽

1.CLP-1 · 3.4절 · 3번대학 수준우리말 번역

2차 근사를 이용하여 log⁡(0.93)\log(0.93) 의 값을 어림하세요.

(씨엘피-1에서는 log⁡x\log x 를 xx 의 자연로그, 즉 log⁡ex\log_e x 의 뜻으로 쓴다는 점을 기억하세요.)

영어 원문 보기

Use a quadratic approximation to estimate log⁡(0.93)\log(0.93).

(Remember that in CLP-1 we use log⁡x\log x to mean the natural logarithm of xx, log⁡ex\log_e x.)

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

함수 f(x)=log⁡xf(x)=\log x 를 x=1x=1 근처에서 근사한다. 1은 0.930.93 에 가깝고, x=1x=1 에서 f(x)f(x) 와 처음 두 도함수의 값을 구할 수 있으므로 1을 택한다.

f(1)=0f′(x)=1x⇒f′(1)=1f′′(x)=−1x2⇒f′′(1)=−1따라서,f(x)≈f(1)+f′(1)(x−1)+12f′′(1)(x−1)2=0+(x−1)−12(x−1)2x=0.93 일 때:f(0.93)≈(0.93−1)−12(0.93−1)2=−0.07−12(0.0049)=−0.07245\begin{aligned} f(1)&=0\\ f'(x)&=\frac{1}{x}\qquad \Rightarrow \qquad f'(1)=1\\ f''(x)&=\frac{-1}{x^2} \qquad \Rightarrow \qquad f''(1)=-1 \\ \text{따라서,} \\ f(x) &\approx f(1)+f'(1)(x-1)+\frac{1}{2}f''(1)(x-1)^2\\ &=0+(x-1)-\frac{1}{2}(x-1)^2 \\ \text{$x=0.93$ 일 때:} \\ f(0.93) &\approx (0.93-1)-\frac{1}{2}(0.93-1)^2=-0.07-\frac{1}{2}(0.0049)=-0.07245 \end{aligned}

따라서 log⁡(0.93)≈−0.07245\log(0.93) \approx -0.07245 로 어림한다.

참고: 계산기로 구하면 log⁡(0.93)≈−0.07257\log(0.93) \approx -0.07257 이다. 꽤 가깝다.

원본 교재 풀이(영어)

We approximate the function f(x)=log⁡xf(x)=\log x about the point x=1x=1. We choose 1 because it is close to 0.930.93, and we can evaluate f(x)f(x) and its first two derivatives at x=1x=1.

f(1)=0f′(x)=1x⇒f′(1)=1f′′(x)=−1x2⇒f′′(1)=−1So,f(x)≈f(1)+f′(1)(x−1)+12f′′(1)(x−1)2=0+(x−1)−12(x−1)2When x=0.93:f(0.93)≈(0.93−1)−12(0.93−1)2=−0.07−12(0.0049)=−0.07245\begin{aligned} f(1)&=0\\ f'(x)&=\frac{1}{x}\qquad \Rightarrow \qquad f'(1)=1\\ f''(x)&=\frac{-1}{x^2} \qquad \Rightarrow \qquad f''(1)=-1 \\ \text{So,} \\ f(x) &\approx f(1)+f'(1)(x-1)+\frac{1}{2}f''(1)(x-1)^2\\ &=0+(x-1)-\frac{1}{2}(x-1)^2 \\ \text{When $x=0.93$:} \\ f(0.93) &\approx (0.93-1)-\frac{1}{2}(0.93-1)^2=-0.07-\frac{1}{2}(0.0049)=-0.07245 \end{aligned}

We estimate log⁡(0.93)≈−0.07245\log(0.93) \approx -0.07245.

Remark: a calculator approximates log⁡(0.93)≈−0.07257\log(0.93) \approx -0.07257. We're pretty close.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 1번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
2.CLP-1 · 3.4절 · 4번대학 수준우리말 번역

이차 근사를 이용하여 cos⁡(115)\cos\left(\dfrac{1}{15}\right) 의 값을 어림하세요.

영어 원문 보기

Use a quadratic approximation to estimate cos⁡(115)\cos\left(\dfrac{1}{15}\right).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

함수 f(x)=cos⁡xf(x)=\cos x 를 근사한다. x=0x=0 에서 cos⁡x\cos x 와 sin⁡x\sin x (sin⁡x\sin x 는 1계 도함수에 나타난다)의 값을 쉽게 구할 수 있고, 0 은 115\dfrac{1}{15} 에 꽤 가까우므로 x=0x=0 을 중심으로 근사한다.

f(0)=1f′(x)=−sin⁡xf′(0)=−sin⁡(0)=0f′′(x)=−cos⁡xf′′(0)=−cos⁡(0)=−1Using the quadratic approximation f(x)≈f(0)+f′(0)(x−0)+12f′′(0)(x−0)2:f(x)≈1−12x2f(115)≈1−12⋅152=449450\begin{aligned} f(0)&=1\\ f'(x)&=-\sin x\\ f'(0)&=-\sin(0)=0\\ f''(x)&=-\cos x\\ f''(0)&=-\cos(0)=-1 \\ \text{Using the quadratic approximation $f(x) \approx f(0)+f'(0)(x-0)+\frac{1}{2}f''(0)(x-0)^2$:} \\ f(x)&\approx 1 -\frac{1}{2}x^2\\ f\left(\frac{1}{15}\right)&\approx 1-\frac{1}{2\cdot 15^2}=\frac{449}{450} \end{aligned}

cos⁡(115)≈449450\cos\left(\dfrac{1}{15}\right)\approx\dfrac{449}{450} 로 어림한다.

참고: 449450=0.9977‾\dfrac{449}{450}= 0.99\overline{77} 이고, 계산기로는 cos⁡(115)≈0.9977786\cos\left(\frac{1}{15}\right )\approx 0.9977786 이다. 이 근사의 오차는 약 0.0000010.000001 이다.

원본 교재 풀이(영어)

We approximate the function f(x)=cos⁡xf(x)=\cos x. We can easily evaluate cos⁡x\cos x and sin⁡x\sin x (sin⁡x\sin x will appear in the first derivative) at x=0x=0, and 0 is quite close to 115\dfrac{1}{15}, so we centre our approximation about x=0x=0.

f(0)=1f′(x)=−sin⁡xf′(0)=−sin⁡(0)=0f′′(x)=−cos⁡xf′′(0)=−cos⁡(0)=−1Using the quadratic approximation f(x)≈f(0)+f′(0)(x−0)+12f′′(0)(x−0)2:f(x)≈1−12x2f(115)≈1−12⋅152=449450\begin{aligned} f(0)&=1\\ f'(x)&=-\sin x\\ f'(0)&=-\sin(0)=0\\ f''(x)&=-\cos x\\ f''(0)&=-\cos(0)=-1 \\ \text{Using the quadratic approximation $f(x) \approx f(0)+f'(0)(x-0)+\frac{1}{2}f''(0)(x-0)^2$:} \\ f(x)&\approx 1 -\frac{1}{2}x^2\\ f\left(\frac{1}{15}\right)&\approx 1-\frac{1}{2\cdot 15^2}=\frac{449}{450} \end{aligned}

We approximate cos⁡(115)≈449450\cos\left(\dfrac{1}{15}\right)\approx\dfrac{449}{450} .

Remark: 449450=0.9977‾\dfrac{449}{450}= 0.99\overline{77}, while a calculator gives cos⁡(115)≈0.9977786\cos\left(\frac{1}{15}\right )\approx 0.9977786. Our approximation has an error of about 0.0000010.000001.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 5번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
3.CLP-1 · 3.4절 · 5번대학 수준우리말 번역

x=0x=0 에서 f(x)=e2xf(x)=e^{2x} 의 이차 근사를 구하세요.

영어 원문 보기

Calculate the quadratic approximation of f(x)=e2xf(x)=e^{2x} about x=0x=0.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

x=ax=a 에서 함수 f(x)f(x) 의 이차 근사는 다음과 같다.

f(x)≈f(a)+f′(a)(x−a)+12f′′(a)(x−a)2We compute derivatives.f(0)=e0=1f′(x)=2e2xf′(0)=2e0=2f′′(x)=4e2xf′′(0)=4e0=4Substituting:f(x)≈1+2(x−0)+42(x−0)2f(x)≈1+2x+2x2\begin{aligned}f(x) &\approx f(a)+f'(a)(x-a)+\frac{1}{2}f''(a)(x-a)^2 \\ \text{We compute derivatives.} \\ f(0)&=e^0=1\\ f'(x)&=2e^{2x}\\ f'(0)&=2e^0=2\\ f''(x)&=4e^{2x}\\ f''(0)&=4e^0=4 \\ \text{Substituting:} \\ f(x) &\approx 1+2(x-0)+\frac{4}{2}(x-0)^2 \\f(x) &\approx 1+2x+2x^2 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The quadratic approximation of a function f(x)f(x) about x=ax=a is

f(x)≈f(a)+f′(a)(x−a)+12f′′(a)(x−a)2We compute derivatives.f(0)=e0=1f′(x)=2e2xf′(0)=2e0=2f′′(x)=4e2xf′′(0)=4e0=4Substituting:f(x)≈1+2(x−0)+42(x−0)2f(x)≈1+2x+2x2\begin{aligned}f(x) &\approx f(a)+f'(a)(x-a)+\frac{1}{2}f''(a)(x-a)^2 \\ \text{We compute derivatives.} \\ f(0)&=e^0=1\\ f'(x)&=2e^{2x}\\ f'(0)&=2e^0=2\\ f''(x)&=4e^{2x}\\ f''(0)&=4e^0=4 \\ \text{Substituting:} \\ f(x) &\approx 1+2(x-0)+\frac{4}{2}(x-0)^2 \\f(x) &\approx 1+2x+2x^2 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 10번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
4.CLP-1 · 3.4절 · 6번대학 수준우리말 번역

이차 근사를 이용하여 5435^{\tfrac{4}{3}} 의 값을 어림하세요.

영어 원문 보기

Use a quadratic approximation to estimate 5435^{\tfrac{4}{3}}.

정답·풀이 보기

근사할 함수로 고를 수 있는 것이 몇 가지 있다. 예를 들면 다음과 같다.

  • f(x)=x4/3f(x)=x^{4/3}. 이 경우에는 x=8x=8 에서 f(x)f(x) 를 근사하는 것이 좋겠다(8은 세제곱수이므로 84/3=24=168^{4/3}=2^4=16 은 계산할 수 있는 값이다). 또는 x=1x=1 에서 근사해도 된다.
  • f(x)=5xf(x)=5^{x}. xx 가 0 이상의 정수일 때 f(x)f(x) 는 쉽게 구할 수 있으므로 어떤 0 이상의 정수 x=ax=a 를 중심으로 근사하고 싶겠지만, f′(a)=5alog⁡(5)f'(a)=5^a\log(5) 에서 문제가 생긴다. 계산기 없이는 log⁡(5)\log(5) 의 값을 알기 어렵다.
  • 54/3=5535^{4/3}=5\sqrt[3]{5} 이므로 f(x)=5x3f(x)=5\sqrt[3]{x} 를 쓸 수 있다. 첫 번째 항목과 마찬가지로 x=8x=8 또는 x=1x=1 을 중심으로 잡는다.

첫 번째와 세 번째 항목은 큰 차이가 없다. f(x)=5x3f(x)=5\sqrt[3]{x} 를 x=8x=8 중심으로 하여 풀겠다.

f(x)=5x13⇒f(8)=5⋅2=10f′(x)=53x−23⇒f′(8)=53(2−2)=512f′′(x)=53(−23)x−53=−109x−53⇒f′′(8)=−109(2−5)=−5144이차 근사 f(x)≈f(a)+f′(a)(x−a)+12f′′(a)(x−a)2 을 이용하면:f(x)≈10+512(x−8)−5288(x−8)2f(5)≈10+512(−3)−5288(9)=27532\begin{aligned} f(x)&=5x^{\frac{1}{3}}&&\Rightarrow& f(8)&=5\cdot 2 = 10\\ f'(x)&=\frac{5}{3}x^{-\frac{2}{3}}&&\Rightarrow& f'(8)&=\frac{5}{3}\left(2^{-2}\right)=\frac{5}{12}\\ f''(x)&=\frac{5}{3}\left(-\frac{2}{3}\right)x^{-\frac{5}{3}}=-\frac{10}{9}x^{-\frac{5}{3}}&&\Rightarrow& f''(8)&=-\frac{10}{9}\left(2^{-5}\right)=-\frac{5}{144} \\ \text{이차 근사 $f(x) \approx f(a)+f'(a)(x-a)+\frac{1}{2}f''(a)(x-a)^2$ 을 이용하면:} \\ f(x)&\approx 10+\frac{5}{12}(x-8)-\frac{5}{288}(x-8)^2\\ f(5)&\approx 10+\frac{5}{12}(-3)-\frac{5}{288}(9)=\frac{275}{32} \end{aligned}

따라서 54/3≈275325^{4/3}\approx\dfrac{275}{32} 로 어림한다.

참고: 27532=8.59375\dfrac{275}{32} = 8.59375 이고, 계산기로 구하면 54/3≈8.54995^{4/3}\approx 8.5499 이다. 5와 8이 다소 떨어져 있지만, 어림한 값은 실제 값과 약 0.040.04 만큼만 차이 난다.

원본 교재 풀이(영어)

There are a few functions we could choose to approximate. For example:

  • f(x)=x4/3f(x)=x^{4/3}. In this case, we would probably choose to approximate f(x)f(x) about x=8x=8 (since 8 is a cube, 84/3=24=168^{4/3}=2^4=16 is something we can evaluate) or x=1x=1.
  • f(x)=5xf(x)=5^{x}. We can easily figure out f(x)f(x) when xx is a whole number, so we would want to centre our approximation around some whole number x=ax=a, but then f′(a)=5alog⁡(5)f'(a)=5^a\log(5) gives us a problem: without a calculator, it's hard to know what log⁡(5)\log(5) is.
  • Since 54/3=5535^{4/3}=5\sqrt[3]{5}, we can use f(x)=5x3f(x)=5\sqrt[3]{x}. As in the first bullet, we would centre about x=8x=8, or x=1x=1.

There isn't much difference between the first and third bullets. We'll go with f(x)=5x3f(x)=5\sqrt[3]{x}, centred about x=8x=8.

f(x)=5x13⇒f(8)=5⋅2=10f′(x)=53x−23⇒f′(8)=53(2−2)=512f′′(x)=53(−23)x−53=−109x−53⇒f′′(8)=−109(2−5)=−5144Using the quadratic approximation f(x)≈f(a)+f′(a)(x−a)+12f′′(a)(x−a)2:f(x)≈10+512(x−8)−5288(x−8)2f(5)≈10+512(−3)−5288(9)=27532\begin{aligned} f(x)&=5x^{\frac{1}{3}}&&\Rightarrow& f(8)&=5\cdot 2 = 10\\ f'(x)&=\frac{5}{3}x^{-\frac{2}{3}}&&\Rightarrow& f'(8)&=\frac{5}{3}\left(2^{-2}\right)=\frac{5}{12}\\ f''(x)&=\frac{5}{3}\left(-\frac{2}{3}\right)x^{-\frac{5}{3}}=-\frac{10}{9}x^{-\frac{5}{3}}&&\Rightarrow& f''(8)&=-\frac{10}{9}\left(2^{-5}\right)=-\frac{5}{144} \\ \text{Using the quadratic approximation $f(x) \approx f(a)+f'(a)(x-a)+\frac{1}{2}f''(a)(x-a)^2$:} \\ f(x)&\approx 10+\frac{5}{12}(x-8)-\frac{5}{288}(x-8)^2\\ f(5)&\approx 10+\frac{5}{12}(-3)-\frac{5}{288}(9)=\frac{275}{32} \end{aligned}

We estimate 54/3≈275325^{4/3}\approx\dfrac{275}{32}

Remark: 27532=8.59375\dfrac{275}{32} = 8.59375, and a calculator gives 54/3≈8.54995^{4/3}\approx 8.5499. Although 5 and 8 are somewhat far apart, our estimate is only off by about 0.040.04.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 4번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
5.CLP-1 · 3.4절 · 8번대학 수준우리말 번역

다음을 시그마 기호로 나타내세요.

(a) 1+2+3+4+51+2+3+4+5 (b) 2+4+6+82+4+6+8 (c) 3+5+7+9+113+5+7+9+11 (d) 9+16+25+36+499+16+25+36+49 (e) 9+4+16+5+25+6+36+7+49+89+4+16+5+25+6+36+7+49+8 (f) 8+15+24+35+488+15+24+35+48 (g) 3−6+9−12+15−183-6+9-12+15-18

영어 원문 보기

Write the following in sigma notation:

(a) 1+2+3+4+51+2+3+4+5 (b) 2+4+6+82+4+6+8 (c) 3+5+7+9+113+5+7+9+11 (d) 9+16+25+36+499+16+25+36+49 (e) 9+4+16+5+25+6+36+7+49+89+4+16+5+25+6+36+7+49+8 (f) 8+15+24+35+488+15+24+35+48 (g) 3−6+9−12+15−183-6+9-12+15-18

정답·풀이 보기

각각에 대해 답은 여러 가지가 있다. 그중 몇 가지를 아래에 제시한다.

(a) 1+2+3+4+5=∑n=15n1+2+3+4+5 = \displaystyle \sum_{n=1}^5n (b) 2+4+6+8=∑n=142n2+4+6+8=\displaystyle \sum_{n=1}^4 2n (c) 3+5+7+9+11=∑n=15(2n+1)3+5+7+9+11=\displaystyle \sum_{n=1}^{5}(2n+1) (d) 9+16+25+36+49=∑n=37n29+16+25+36+49=\displaystyle \sum_{n=3}^7 n^2 (e) 9+4+16+5+25+6+36+7+49+8=∑n=37(n2+n+1)9+4+16+5+25+6+36+7+49+8=\displaystyle \sum_{n=3}^7 (n^2+n+1) (f) 8+15+24+35+48=∑n=37(n2−1)8+15+24+35+48= \displaystyle \sum_{n=3}^7 (n^2-1) (g) 3−6+9−12+15−18=∑n=16(−1)n+13n3-6+9-12+15-18=\displaystyle \sum_{n=1}^6 (-1)^{n+1}3n 참고: (−1)n+1(-1)^{n+1} 대신 (−1)n(-1)^n 을 쓰고 나머지는 모두 같게 하면, 부호가 모두 반대가 된다.

원본 교재 풀이(영어)

For each of these, there are many solutions. We provide some below.

(a) 1+2+3+4+5=∑n=15n1+2+3+4+5 = \displaystyle \sum_{n=1}^5n (b) 2+4+6+8=∑n=142n2+4+6+8=\displaystyle \sum_{n=1}^4 2n (c) 3+5+7+9+11=∑n=15(2n+1)3+5+7+9+11=\displaystyle \sum_{n=1}^{5}(2n+1) (d) 9+16+25+36+49=∑n=37n29+16+25+36+49=\displaystyle \sum_{n=3}^7 n^2 (e) 9+4+16+5+25+6+36+7+49+8=∑n=37(n2+n+1)9+4+16+5+25+6+36+7+49+8=\displaystyle \sum_{n=3}^7 (n^2+n+1) (f) 8+15+24+35+48=∑n=37(n2−1)8+15+24+35+48= \displaystyle \sum_{n=3}^7 (n^2-1) (g) 3−6+9−12+15−18=∑n=16(−1)n+13n3-6+9-12+15-18=\displaystyle \sum_{n=1}^6 (-1)^{n+1}3n Remark: if we had written (−1)n(-1)^n instead of (−1)n+1(-1)^{n+1}, with everything else the same, the signs would have been reversed.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 9번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
6.CLP-1 · 3.4절 · 1번대학 수준우리말 번역

f(x)=sin⁡x+cos⁡xf(x)=\sin x+ \cos x 의 16차 매클로린 다항식을 구하세요.

영어 원문 보기

Give the 16th order Maclaurin polynomial for f(x)=sin⁡x+cos⁡xf(x)=\sin x+ \cos x.

정답·풀이 보기

일반적인 함수의 16차 매클로린 다항식을 구하려면 16번 미분해야 한다고 생각할 수도 있다(휴). 하지만 사인함수와 코사인함수의 도함수는 반복된다는 것을 알고 있다. 따라서 규칙만 찾으면 충분하다:

f(x)=sin⁡x+cos⁡xf(0)=1f′(x)=cos⁡x−sin⁡xf′(0)=1f′′(x)=−sin⁡x−cos⁡xf′′(0)=−1f′′′(x)=−cos⁡x+sin⁡xf′′′(0)=−1f(4)=sin⁡x+cos⁡xf(4)(0)=1\begin{aligned} f(x)&=\sin x + \cos x & f(0)&=1\\ f'(x)&=\cos x - \sin x & f'(0)&=1\\ f''(x)&=-\sin x - \cos x & f''(0)&=-1\\ f'''(x)&=-\cos x +\sin x & f'''(0)&=-1\\ f^{(4)}&=\sin x + \cos x & f^{(4)}(0)&=1 \end{aligned}

f(4)(x)=f(x)f^{(4)}(x)=f(x) 이므로 도함수는 여기서부터 반복된다. 규칙은 다음과 같다: +1 +1, +1 +1, −1 -1, −1 -1.

T16(x)=1+x−12x2−13!x3+14!x4+15!x5−16!x6−17!x7+18!x8+19!x9−110!x10−111!x11+112!x12+113!x13−114!x14−115!x15+116!x16\begin{aligned} T_{16}(x)&=1 +x -\frac{1}{2}x^2 -\frac{1}{3!}x^3 +\frac{1}{4!}x^4 +\frac{1}{5!}x^5 -\frac{1}{6!}x^6 -\frac{1}{7!}x^7 +\frac{1}{8!}x^8 +\frac{1}{9!}x^9 -\frac{1}{10!}x^{10} -\frac{1}{11!}x^{11}\\ &\qquad +\frac{1}{12!}x^{12} +\frac{1}{13!}x^{13} -\frac{1}{14!}x^{14} -\frac{1}{15!}x^{15} +\frac{1}{16!}x^{16} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

If we were to find the 16th order Maclaurin polynomial for a generic function, we might expect to have to differentiate 16 times (ugh). But, we know that the derivatives of sines and cosines repeat themselves. So, it's enough to figure out the pattern:

f(x)=sin⁡x+cos⁡xf(0)=1f′(x)=cos⁡x−sin⁡xf′(0)=1f′′(x)=−sin⁡x−cos⁡xf′′(0)=−1f′′′(x)=−cos⁡x+sin⁡xf′′′(0)=−1f(4)=sin⁡x+cos⁡xf(4)(0)=1\begin{aligned} f(x)&=\sin x + \cos x & f(0)&=1\\ f'(x)&=\cos x - \sin x & f'(0)&=1\\ f''(x)&=-\sin x - \cos x & f''(0)&=-1\\ f'''(x)&=-\cos x +\sin x & f'''(0)&=-1\\ f^{(4)}&=\sin x + \cos x & f^{(4)}(0)&=1 \end{aligned}

Since f(4)(x)=f(x)f^{(4)}(x)=f(x), our derivatives repeat from here. They follow the pattern: +1 +1, +1 +1, −1 -1, −1 -1.

T16(x)=1+x−12x2−13!x3+14!x4+15!x5−16!x6−17!x7+18!x8+19!x9−110!x10−111!x11+112!x12+113!x13−114!x14−115!x15+116!x16\begin{aligned} T_{16}(x)&=1 +x -\frac{1}{2}x^2 -\frac{1}{3!}x^3 +\frac{1}{4!}x^4 +\frac{1}{5!}x^5 -\frac{1}{6!}x^6 -\frac{1}{7!}x^7 +\frac{1}{8!}x^8 +\frac{1}{9!}x^9 -\frac{1}{10!}x^{10} -\frac{1}{11!}x^{11}\\ &\qquad +\frac{1}{12!}x^{12} +\frac{1}{13!}x^{13} -\frac{1}{14!}x^{14} -\frac{1}{15!}x^{15} +\frac{1}{16!}x^{16} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 2번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
7.CLP-1 · 3.4절 · 2번대학 수준우리말 번역

t=5t=5 에서 s(t)=4.9t2−t+10s(t)=4.9t^2-t+10 의 100차 테일러 다항식을 구하세요.

영어 원문 보기

Give the 100th order Taylor polynomial for s(t)=4.9t2−t+10s(t)=4.9t^2-t+10 about t=5t=5.

정답·풀이 보기

테일러 다항식은 함수 s(t)s(t) 의 다항식 근사를 준다. s(t)s(t) 자체가 다항식이므로, nn 이 s(t)s(t) 의 차수보다 크거나 같을 때 nn차 테일러 다항식은 그대로 s(t)s(t) 가 된다. 따라서 이 경우 T100(t)=s(t)=4.9t2−t+10T_{100}(t)=s(t)=4.9t^2-t+10 이다.

이것이 만족스럽지 않다면 T100(t)T_{100}(t) 를 구하는 일반적인 방법으로 계산해 볼 수 있다.

s(t)=4.9t2−t+10s(5)=4.9(25)−5+10=127.5s′(t)=9.8t−1s′(5)=9.8(5)−1=48s′′(t)=9.8s′′(5)=9.8\begin{aligned} s(t)&=4.9t^2-t+10 & s(5)&=4.9(25)-5+10=127.5\\ s'(t)&=9.8t-1 & s'(5)&=9.8(5)-1=48\\ s''(t)&=9.8 & s''(5)&=9.8 \end{aligned}

s(t)s(t) 의 나머지 도함수는 모두 항등적으로 0 이므로 특히 t=5t=5 일 때도 0 이다. 따라서

T100(t)=127.5+48(t−5)+129.8(t−5)2=127.5+48(t−5)+4.9(t−5)2\begin{aligned} T_{100}(t)&=127.5+48(t-5)+\frac{1}{2}9.8(t-5)^2\\ &=127.5+48(t-5)+4.9(t-5)^2 \end{aligned}

이제 T100(t)T_{100}(t) 가 정말 s(t)s(t) 와 같은지 확인할 수 있다.

T100(t)=127.5+48(t−5)+4.9(t−5)2=127.5+48(t−5)+4.9(t2−10t+25)=[127.5+48(−5)+4.9(25)]+[48−4.9(10)]t+4.9t2=10−t+4.9t2=s(t)\begin{aligned} T_{100}(t)&=127.5+48(t-5)+4.9(t-5)^2\\ &=127.5+48(t-5)+4.9(t^2-10t+25)\\ &=[127.5+48(-5)+4.9(25)]+[48-4.9(10)]t+4.9t^2\\ &=10-t+4.9t^2=s(t) \end{aligned}

예상대로이다.

원본 교재 풀이(영어)

A Taylor polynomial gives a polynomial approximation for a function s(t)s(t). Since s(t)s(t) is itself a polynomial, any nnth order Taylor polynomial, with nn greater than or equal to the degree of s(t)s(t), will simply give s(t)s(t). So, in our case, T100(t)=s(t)=4.9t2−t+10T_{100}(t)=s(t)=4.9t^2-t+10.

If that isn't satisfying, you can go through the normal method of calculating T100(t)T_{100}(t).

s(t)=4.9t2−t+10s(5)=4.9(25)−5+10=127.5s′(t)=9.8t−1s′(5)=9.8(5)−1=48s′′(t)=9.8s′′(5)=9.8\begin{aligned} s(t)&=4.9t^2-t+10 & s(5)&=4.9(25)-5+10=127.5\\ s'(t)&=9.8t-1 & s'(5)&=9.8(5)-1=48\\ s''(t)&=9.8 & s''(5)&=9.8 \end{aligned}

The rest of the derivatives of s(t)s(t) are identically zero, so they are (in particular) zero when t=5t=5. Therefore,

T100(t)=127.5+48(t−5)+129.8(t−5)2=127.5+48(t−5)+4.9(t−5)2\begin{aligned} T_{100}(t)&=127.5+48(t-5)+\frac{1}{2}9.8(t-5)^2\\ &=127.5+48(t-5)+4.9(t-5)^2 \end{aligned}

We can now check that T100(t)T_{100}(t) really is the same as s(t)s(t).

T100(t)=127.5+48(t−5)+4.9(t−5)2=127.5+48(t−5)+4.9(t2−10t+25)=[127.5+48(−5)+4.9(25)]+[48−4.9(10)]t+4.9t2=10−t+4.9t2=s(t)\begin{aligned} T_{100}(t)&=127.5+48(t-5)+4.9(t-5)^2\\ &=127.5+48(t-5)+4.9(t^2-10t+25)\\ &=[127.5+48(-5)+4.9(25)]+[48-4.9(10)]t+4.9t^2\\ &=10-t+4.9t^2=s(t) \end{aligned}

as expected.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 3번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
8.CLP-1 · 3.4절 · 3번대학 수준우리말 번역

f(x)=2xf(x)=2^x 의 x=1x=1 에서의 nn차 테일러 다항식을 시그마 기호로 나타내세요.

영어 원문 보기

Write the nnth order Taylor polynomial for f(x)=2xf(x)=2^x about x=1x=1 in sigma notation.

정답·풀이 보기

먼저 f(x)f(x) 를 미분하면서 규칙을 찾아보자. log⁡2=log⁡e2\log 2 = \log_e 2 는 상수임을 기억하자.

f(x)=2xf′(x)=2xlog⁡2f′′(x)=2x(log⁡2)2f(3)(x)=2x(log⁡2)3f(4)(x)=2x(log⁡2)4f(5)(x)=2x(log⁡2)5따라서 일반적으로f(k)(x)=2x(log⁡2)k이 식은 k=0 과 k=1 일 때도 성립함을 알 수 있다. x=1 일 때f(k)(1)=2(log⁡2)kf(x) 의 x=1 에서의 n차 테일러 다항식은Tn(x)=∑k=0nf(k)(1)k!(x−1)k=∑k=0n2(log⁡2)kk!(x−1)k\begin{aligned} f(x)&=2^x\\ f'(x)&=2^x\log 2\\ f''(x)&=2^x\left(\log 2\right)^2\\ f^{(3)}(x)&=2^x\left(\log 2\right)^3\\ f^{(4)}(x)&=2^x\left(\log 2\right)^4\\ f^{(5)}(x)&=2^x\left(\log 2\right)^5 \\ \text{따라서 일반적으로} \\ f^{(k)}(x)&=2^x\left(\log 2\right)^k \\ \text{이 식은 $k=0$ 과 $k=1$ 일 때도 성립함을 알 수 있다. $x=1$ 일 때} \\ f^{(k)}(1)&=2\left(\log 2\right)^k \\ \text{$f(x)$ 의 $x=1$ 에서의 $n$차 테일러 다항식은} \\ T_{n}(x)&=\sum_{k=0}^n \frac{f^{(k)}(1)}{k!}(x-1)^k\\ &=\sum_{k=0}^n \frac{2(\log 2)^k}{k!}(x-1)^k \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Let's start by differentiating f(x)f(x) and looking for a pattern. Remember that log⁡2=log⁡e2\log 2 = \log_e 2 is a constant number.

f(x)=2xf′(x)=2xlog⁡2f′′(x)=2x(log⁡2)2f(3)(x)=2x(log⁡2)3f(4)(x)=2x(log⁡2)4f(5)(x)=2x(log⁡2)5So, in general,f(k)(x)=2x(log⁡2)kWe notice that this formula works even when k=0 and k=1. When x=1,f(k)(1)=2(log⁡2)kThe nth order Taylor polynomial of f(x) about x=1 isTn(x)=∑k=0nf(k)(1)k!(x−1)k=∑k=0n2(log⁡2)kk!(x−1)k\begin{aligned} f(x)&=2^x\\ f'(x)&=2^x\log 2\\ f''(x)&=2^x\left(\log 2\right)^2\\ f^{(3)}(x)&=2^x\left(\log 2\right)^3\\ f^{(4)}(x)&=2^x\left(\log 2\right)^4\\ f^{(5)}(x)&=2^x\left(\log 2\right)^5 \\ \text{So, in general,} \\ f^{(k)}(x)&=2^x\left(\log 2\right)^k \\ \text{We notice that this formula works even when $k=0$ and $k=1$. When $x=1$,} \\ f^{(k)}(1)&=2\left(\log 2\right)^k \\ \text{The $n$th order Taylor polynomial of $f(x)$ about $x=1$ is} \\ T_{n}(x)&=\sum_{k=0}^n \frac{f^{(k)}(1)}{k!}(x-1)^k\\ &=\sum_{k=0}^n \frac{2(\log 2)^k}{k!}(x-1)^k \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 4번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
9.CLP-1 · 3.4절 · 4번대학 수준우리말 번역

log⁡x\log x 는 xx 의 자연로그 log⁡ex\log_ex 임을 기억하고, f(x)=x2log⁡x+2x2+5f(x)=x^2\log x+2x^2+5 의 x=1x=1 에서의 6차 테일러 다항식을 구하세요.

영어 원문 보기

Find the 6th order Taylor polynomial of f(x)=x2log⁡x+2x2+5f(x)=x^2\log x+2x^2+5 about x=1x=1, remembering that log⁡x\log x is the natural logarithm of xx, log⁡ex\log_ex.

정답·풀이 보기

x=1x=1 에서 f(x)f(x) 의 처음 여섯 개 도함수의 값, 즉 미분계수를 알아야 한다. 시작해 보자.

f(x)=x2log⁡x+2x2+5f(1)=7f′(x)=(x2)1x+(2x)log⁡x+4x=2xlog⁡x+5xf′(1)=5f′′(x)=(2x)1x+(2)log⁡x+5=2log⁡x+7f′′(1)=7f′′′(x)=2x−1f′′′(1)=2f(4)=−2x−2f(4)(1)=−2f(5)=4x−3f(5)(1)=4f(6)=−12x−4f(6)(1)=−12\begin{aligned} f(x)&=x^2\log x + 2x^2+5 & f(1)&=7\\ f'(x)&=(x^2)\frac{1}{x}+(2x)\log x + 4x \\ &=2x\log x + 5x& f'(1)&=5\\ f''(x)&=(2x)\frac{1}{x}+(2)\log x + 5\\ &=2\log x + 7& f''(1)&=7\\ f'''(x)&=2x^{-1}& f'''(1)&=2\\ f^{(4)}&=-2x^{-2}& f^{(4)}(1)&=-2\\ f^{(5)}&=4x^{-3}& f^{(5)}(1)&=4\\ f^{(6)}&=-12x^{-4}& f^{(6)}(1)&=-12 \end{aligned}

이제 대입하면 된다.

T6(x)=f(1)+f′(1)(x−1)+12f′′(1)(x−1)2+13!f′′′(1)(x−1)3+14!f(4)(1)(x−1)4+15!f(5)(1)(x−1)5+16!f(6)(1)(x−1)6=7+5(x−1)+12(7)(x−1)2+13!(2)(x−1)3+14!(−2)(x−1)4+15!(4)(x−1)5+16!(−12)(x−1)6=7+5(x−1)+72(x−1)2+13(x−1)3−112(x−1)4+130(x−1)5−160(x−1)6\begin{aligned} T_6(x)&= f(1)+ f'(1)(x-1)+\frac{1}{2} f''(1)(x-1)^2+\frac{1}{3!} f'''(1)(x-1)^3\\ &\quad +\frac{1}{4!} f^{(4)}(1)(x-1)^4 +\frac{1}{5!} f^{(5)}(1)(x-1)^5 +\frac{1}{6!} f^{(6)}(1)(x-1)^6\\ &= 7+ 5(x-1)+\frac{1}{2}( 7)(x-1)^2 +\frac{1}{3!}( 2)(x-1)^3\\ &\quad+\frac{1}{4!}( -2)(x-1)^4 +\frac{1}{5!}( 4)(x-1)^5 +\frac{1}{6!}( -12)(x-1)^6\\ &=7+5(x-1)+\frac{7}{2}(x-1)^2+\frac{1}{3}(x-1)^3-\frac{1}{12}(x-1)^4+\frac{1}{30}(x-1)^5-\frac{1}{60}(x-1)^6 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We need to know the first six derivatives of f(x)f(x) at x=1x=1. Let's get started.

f(x)=x2log⁡x+2x2+5f(1)=7f′(x)=(x2)1x+(2x)log⁡x+4x=2xlog⁡x+5xf′(1)=5f′′(x)=(2x)1x+(2)log⁡x+5=2log⁡x+7f′′(1)=7f′′′(x)=2x−1f′′′(1)=2f(4)=−2x−2f(4)(1)=−2f(5)=4x−3f(5)(1)=4f(6)=−12x−4f(6)(1)=−12\begin{aligned} f(x)&=x^2\log x + 2x^2+5 & f(1)&=7\\ f'(x)&=(x^2)\frac{1}{x}+(2x)\log x + 4x \\ &=2x\log x + 5x& f'(1)&=5\\ f''(x)&=(2x)\frac{1}{x}+(2)\log x + 5\\ &=2\log x + 7& f''(1)&=7\\ f'''(x)&=2x^{-1}& f'''(1)&=2\\ f^{(4)}&=-2x^{-2}& f^{(4)}(1)&=-2\\ f^{(5)}&=4x^{-3}& f^{(5)}(1)&=4\\ f^{(6)}&=-12x^{-4}& f^{(6)}(1)&=-12 \end{aligned}

Now, we can plug in.

T6(x)=f(1)+f′(1)(x−1)+12f′′(1)(x−1)2+13!f′′′(1)(x−1)3+14!f(4)(1)(x−1)4+15!f(5)(1)(x−1)5+16!f(6)(1)(x−1)6=7+5(x−1)+12(7)(x−1)2+13!(2)(x−1)3+14!(−2)(x−1)4+15!(4)(x−1)5+16!(−12)(x−1)6=7+5(x−1)+72(x−1)2+13(x−1)3−112(x−1)4+130(x−1)5−160(x−1)6\begin{aligned} T_6(x)&= f(1)+ f'(1)(x-1)+\frac{1}{2} f''(1)(x-1)^2+\frac{1}{3!} f'''(1)(x-1)^3\\ &\quad +\frac{1}{4!} f^{(4)}(1)(x-1)^4 +\frac{1}{5!} f^{(5)}(1)(x-1)^5 +\frac{1}{6!} f^{(6)}(1)(x-1)^6\\ &= 7+ 5(x-1)+\frac{1}{2}( 7)(x-1)^2 +\frac{1}{3!}( 2)(x-1)^3\\ &\quad+\frac{1}{4!}( -2)(x-1)^4 +\frac{1}{5!}( 4)(x-1)^5 +\frac{1}{6!}( -12)(x-1)^6\\ &=7+5(x-1)+\frac{7}{2}(x-1)^2+\frac{1}{3}(x-1)^3-\frac{1}{12}(x-1)^4+\frac{1}{30}(x-1)^5-\frac{1}{60}(x-1)^6 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 5번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
10.CLP-1 · 3.4절 · 5번대학 수준우리말 번역

11−x\dfrac{1}{1-x} 의 nn차 매클로린 다항식을 시그마 기호로 나타내세요.

영어 원문 보기

Give the nnth order Maclaurin polynomial for 11−x\dfrac{1}{1-x} in sigma notation.

정답·풀이 보기

먼저 미분하면서 규칙을 찾아보자.

f(x)=11−x=(1−x)−1연쇄법칙을 이용하면,f′(x)=(−1)(1−x)−2(−1)=(1−x)−2f′′(x)=(−2)(1−x)−3(−1)=2(1−x)−3f(3)(x)=(−3)(2)(1−x)−4(−1)=2(3)(1−x)−4f(4)(x)=(−4)(2)(3)(1−x)−5(−1)=2(3)(4)(1−x)−5f(5)(x)=(−5)(2)(3)(4)(1−x)−6(−1)=2(3)(4)(5)(1−x)−6규칙을 알아내면,f(k)(x)=k!(1−x)−(k+1)f(k)(0)=k!(1)−(k+1)=k!f(x) 의 n차 매클로린 다항식은Tn(x)=∑k=0nf(k)(0)k!xk=∑k=0nk!k!xk=∑k=0nxk\begin{aligned} f(x)&=\frac{1}{1-x}=(1-x)^{-1} \\ \text{연쇄법칙을 이용하면,} \\ f'(x)&=(-1)(1-x)^{-2}(-1)=(1-x)^{-2}\\ f''(x)&=(-2)(1-x)^{-3}(-1)=2(1-x)^{-3}\\ f^{(3)}(x)&=(-3)(2)(1-x)^{-4}(-1)=2(3)(1-x)^{-4}\\ f^{(4)}(x)&=(-4)(2)(3)(1-x)^{-5}(-1)=2(3)(4)(1-x)^{-5}\\ f^{(5)}(x)&=(-5)(2)(3)(4)(1-x)^{-6}(-1)=2(3)(4)(5)(1-x)^{-6} \\ \text{규칙을 알아내면,} \\ f^{(k)}(x)&=k!(1-x)^{-(k+1)}\\ f^{(k)}(0)&=k!(1)^{-(k+1)}=k! \\ \text{$f(x)$ 의 $n$차 매클로린 다항식은} \\ T_n(x)&=\sum_{k=0}^n \frac{f^{(k)}(0)}{k!}x^k\\ &=\sum_{k=0}^n \frac{k!}{k!}x^k\\ &=\sum_{k=0}^n x^k \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We'll start by differentiating and looking for a pattern.

f(x)=11−x=(1−x)−1Using the chain rule,f′(x)=(−1)(1−x)−2(−1)=(1−x)−2f′′(x)=(−2)(1−x)−3(−1)=2(1−x)−3f(3)(x)=(−3)(2)(1−x)−4(−1)=2(3)(1−x)−4f(4)(x)=(−4)(2)(3)(1−x)−5(−1)=2(3)(4)(1−x)−5f(5)(x)=(−5)(2)(3)(4)(1−x)−6(−1)=2(3)(4)(5)(1−x)−6Recognizing the pattern,f(k)(x)=k!(1−x)−(k+1)f(k)(0)=k!(1)−(k+1)=k!The nth order Maclaurin polynomial for f(x) isTn(x)=∑k=0nf(k)(0)k!xk=∑k=0nk!k!xk=∑k=0nxk\begin{aligned} f(x)&=\frac{1}{1-x}=(1-x)^{-1} \\ \text{Using the chain rule,} \\ f'(x)&=(-1)(1-x)^{-2}(-1)=(1-x)^{-2}\\ f''(x)&=(-2)(1-x)^{-3}(-1)=2(1-x)^{-3}\\ f^{(3)}(x)&=(-3)(2)(1-x)^{-4}(-1)=2(3)(1-x)^{-4}\\ f^{(4)}(x)&=(-4)(2)(3)(1-x)^{-5}(-1)=2(3)(4)(1-x)^{-5}\\ f^{(5)}(x)&=(-5)(2)(3)(4)(1-x)^{-6}(-1)=2(3)(4)(5)(1-x)^{-6} \\ \text{Recognizing the pattern,} \\ f^{(k)}(x)&=k!(1-x)^{-(k+1)}\\ f^{(k)}(0)&=k!(1)^{-(k+1)}=k! \\ \text{The $n$th order Maclaurin polynomial for $f(x)$ is} \\ T_n(x)&=\sum_{k=0}^n \frac{f^{(k)}(0)}{k!}x^k\\ &=\sum_{k=0}^n \frac{k!}{k!}x^k\\ &=\sum_{k=0}^n x^k \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 7번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
11.CLP-1 · 3.4절 · 4번대학 수준우리말 번역

농장에 원형 우리를 짓고 있다. 우리의 넓이는 오차 2% 이내로 A0A_0 제곱미터여야 한다. 반지름에서 허용되는 최대 백분율 오차를 어림하세요.

영어 원문 보기

A circular pen is being built on a farm. The pen must contain A0A_0 square metres, with an error of no more than 2%. Estimate the largest percentage error allowable on the radius.

답 쓰고 채점
%
정답·풀이 보기

반지름이 rr 인 우리의 넓이를 AA 라 하자. 그러면

A(r)=πr2r에 대해 미분하면,A′(r)=2πr원하는 정확한 넓이는 A0 이다. 이에 대응하는 원하는 정확한 반지름을 r0 이라 하자.선형 근사식을 이용한다. 여기서 ΔA 는 r 이 Δr 만큼 변할 때 대응하는 A 의 변화량이다.ΔA≈A′(r0)Δr=2πr0ΔrΔr≈ΔA2πr0우리가 알고 싶은 것은 r 이 가질 수 있는 백분율 오차이다. 백분율 오차는 다음과 같다.100Δrr0≈100ΔA2πr0⋅r0=100ΔA2(πr02)=100ΔA2⋅A0=(100ΔAA0)12≤(2)12=1\begin{aligned} A(r)&=\pi r^2 \\ \text{$r$에 대해 미분하면,} \\ A'(r)&=2\pi r \\ \text{원하는 정확한 넓이는 $A_0$ 이다. 이에 대응하는 원하는 정확한 반지름을 $r_0$ 이라 하자.} \\ \\ \text{선형 근사식을 이용한다. 여기서 $\Delta A$ 는 $r$ 이 $\Delta r$ 만큼 변할 때 대응하는 $A$ 의 변화량이다.} \\ \Delta A &\approx A'(r_0)\Delta r = 2\pi r_0 \Delta r\\ \Delta r &\approx \dfrac{\Delta A}{2\pi r_0} \\ \text{우리가 알고 싶은 것은 $r$ 이 가질 수 있는 백분율 오차이다. 백분율 오차는 다음과 같다.} \\ 100\frac{\Delta r}{r_0}&\approx100\frac{\Delta A}{2\pi r_0\cdot r_0}\\ &=100\frac{\Delta A}{2(\pi r_0^2)}\\ &=100\frac{\Delta A}{2\cdot A_0}\\ &=\left( 100\frac{\Delta A}{A_0}\right)\frac{1}{2}\\ &\leq\left( 2\right)\frac{1}{2}=1 \end{aligned}

(마지막 줄을 얻기 위해, 넓이의 백분율 오차 100ΔAA0100\dfrac{\Delta A}{A_0} 가 2%보다 작아야 한다는 주어진 정보를 이용했다.)

따라서 rr 의 오차는 1%를 넘을 수 없다고 결론짓는다.

원본 교재 풀이(영어)

Let AA be the area of a pen of radius rr. Then

A(r)=πr2Differentiating with respect to r,A′(r)=2πrThe exact area desired is A0. Let the corresponding exact radius desired be r0.Using the linear approximation formula, where ΔA is the change in A corresponding to a change in r of Δr,ΔA≈A′(r0)Δr=2πr0ΔrΔr≈ΔA2πr0What we’re interested in is the percent error r can have. The percent error is:100Δrr0≈100ΔA2πr0⋅r0=100ΔA2(πr02)=100ΔA2⋅A0=(100ΔAA0)12≤(2)12=1\begin{aligned} A(r)&=\pi r^2 \\ \text{Differentiating with respect to $r$,} \\ A'(r)&=2\pi r \\ \text{The exact area desired is $A_0$. Let the corresponding exact radius desired be $r_0$.} \\ \\ \text{Using the linear approximation formula, where $\Delta A$ is the change in $A$ corresponding to a change in $r$ of $\Delta r$,} \\ \Delta A &\approx A'(r_0)\Delta r = 2\pi r_0 \Delta r\\ \Delta r &\approx \dfrac{\Delta A}{2\pi r_0} \\ \text{What we're interested in is the percent error $r$ can have. The percent error is:} \\ 100\frac{\Delta r}{r_0}&\approx100\frac{\Delta A}{2\pi r_0\cdot r_0}\\ &=100\frac{\Delta A}{2(\pi r_0^2)}\\ &=100\frac{\Delta A}{2\cdot A_0}\\ &=\left( 100\frac{\Delta A}{A_0}\right)\frac{1}{2}\\ &\leq\left( 2\right)\frac{1}{2}=1 \end{aligned}

(To get the last line, we used the given information that the percent error in the area, 100ΔAA0100\dfrac{\Delta A}{A_0}, must be less than 2%.)

We conclude the error in rr cannot be more than 1%.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 5번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
12.CLP-1 · 3.4절 · 5번대학 수준우리말 번역

반지름이 3인 원에서 부채꼴 하나를 잘라 냈다. 이 부채꼴은 작은 편이어서 원의 4분의 1을 넘지 않는다. 이 부채꼴의 넓이를 구하려고 한다.

그림

(a) 부채꼴의 중심각을 θ\theta 라 하자. 부채꼴의 넓이를 구하세요. (b) 안타깝게도 각도기가 없고 자만 있다. 그래서 부채꼴이 만드는 현(위 그림에서 dd 로 표시된 것)의 길이를 잰다. θ\theta 를 dd 에 대한 식으로 나타내세요. (c) d=0.7d=0.7 로 측정했지만 실제로는 d=0.68d=0.68 이라고 하자. 잘라 낸 넓이를 계산할 때 생기는 절대오차를 어림하세요.

영어 원문 보기

A circle with radius 3 has a sector cut out of it. It's a smallish sector, no more than a quarter of the circle. You want to find out the area of the sector.

figure

(a) Suppose the angle of the sector is θ\theta. What is the area of the sector? (b) Unfortunately, you don't have a protractor, only a ruler. So, you measure the chord made by the sector (marked dd in the diagram above). What is θ\theta in terms of dd? (c) Suppose you measured d=0.7d=0.7, but actually d=0.68d=0.68. Estimate the absolute error in your calculation of the area removed.

정답·풀이 보기

(a) 잘라 낸 부분의 넓이는 원 전체 넓이의 θ2π\dfrac{\theta}{2\pi} 에 해당하며, 원 전체의 넓이는 π(32)=9π\pi(3^2)=9\pi 이다. 따라서 잘라 낸 부채꼴의 넓이는 θ2π⋅9π=92θ\dfrac{\theta}{2\pi} \cdot9\pi = \dfrac{9}{2}\theta

(b) dd 로부터 θ\theta 를 구하기 위해, 아래 그림과 같이 삼각형(각 θ\theta 의 맞은변의 길이가 dd 인 삼각형)을 합동인 두 직각삼각형으로 나눈다.

그림

원의 반지름(직각삼각형의 빗변이기도 하다)이 3이라는 사실을 이용하면,

sin⁡(θ2)=d23=d6문제에서 부채꼴이 원의 4분의 1을 넘지 않는다고 했으므로 0≤θ≤π2 이고, 따라서 0≤θ2≤π4 이다. 즉 θ2 는 아크사인의 치역 안에 충분히 들어간다.θ=2arcsin⁡(d6)\begin{aligned} \sin\left(\frac{\theta}{2}\right)&=\frac{\frac{d}{2}}{3}=\frac{d}{6} \\ \text{문제에서 부채꼴이 원의 4분의 1을 넘지 않는다고 했으므로 $0 \leq \theta \leq \dfrac{\pi}{2}$ 이고, 따라서 $0 \leq \dfrac{\theta}{2} \leq \dfrac{\pi}{4}$ 이다. 즉 $\dfrac{\theta}{2}$ 는 아크사인의 치역 안에 충분히 들어간다.} \\ \theta&=2\arcsin\left(\frac{d}{6}\right) \end{aligned}

(c) 먼저 부채꼴의 넓이를 dd 에 대한 식으로 나타내자.

A=92θ=92(2arcsin⁡(d6))=9arcsin⁡(d6)미분하면,A′(d)=91−(d6)2⋅16=936−d2ΔA 를 d 의 오차 Δd 에 대응하는 A 의 오차라 하자. d 를 0.68 대신 0.7 로 측정했으므로, 일차근사에서 Δd=0.02, d0=0.68 로 놓는다.ΔA≈A′(d0)⋅Δd=A′(0.68)⋅0.02=936−0.682⋅0.02≈0.03\begin{aligned} A&=\frac{9}{2}\theta = \frac{9}{2}\left(2\arcsin\left(\frac{d}{6}\right)\right) \\&=9\arcsin\left(\frac{d}{6}\right) \\ \text{미분하면,} \\ A'(d)&=\frac{9}{\sqrt{1-\left(\frac{d}{6}\right)^2}}\cdot\frac{1}{6}\\ &=\frac{9}{\sqrt{36-d^2}} \\ \text{$\Delta A$ 를 $d$ 의 오차 $\Delta d$ 에 대응하는 $A$ 의 오차라 하자. $d$ 를 $0.68$ 대신 0.7 로 측정했으므로, 일차근사에서 $\Delta d = 0.02$, $d_0=0.68$ 로 놓는다.} \\ \Delta A &\approx A'(d_0)\cdot\Delta d\\ &=A'\left(0.68\right)\cdot 0.02\\ &=\frac{9}{\sqrt{36-0.68^2}}\cdot0.02\\ &\approx 0.03 \end{aligned}

따라서 AA 의 오차는 약 0.03 이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) The area removed represents a proportion of θ2π\dfrac{\theta}{2\pi} of the entire circle, whose area is π(32)=9π\pi(3^2)=9\pi. So, the area of the sector removed is θ2π⋅9π=92θ\dfrac{\theta}{2\pi} \cdot9\pi = \dfrac{9}{2}\theta

(b) To find θ\theta from dd, we cut our triangle (with angle θ\theta opposite side of length dd) into two equivalent right triangles, as shown below.

figure

Using the information that the radius of the circle (also the hypotenuse of the right triangle) is 3,

sin⁡(θ2)=d23=d6Since the question tells us the sector is no more than a quarter of the circle, we know 0≤θ≤π2, so 0≤θ2≤π4. This puts θ2 well within the range of arcsine.θ=2arcsin⁡(d6)\begin{aligned} \sin\left(\frac{\theta}{2}\right)&=\frac{\frac{d}{2}}{3}=\frac{d}{6} \\ \text{Since the question tells us the sector is no more than a quarter of the circle, we know $0 \leq \theta \leq \dfrac{\pi}{2}$, so $0 \leq \dfrac{\theta}{2} \leq \dfrac{\pi}{4}$. This puts $\dfrac{\theta}{2}$ well within the range of arcsine.} \\ \theta&=2\arcsin\left(\frac{d}{6}\right) \end{aligned}

(c) First, let's get an expression for the area of the sector in terms of dd.

A=92θ=92(2arcsin⁡(d6))=9arcsin⁡(d6)Differentiating,A′(d)=91−(d6)2⋅16=936−d2Let ΔA is the error in A corresponding to an error of Δd in d. Since we measured d to be 0.7 instead of 0.68, in the linear approximation we take Δd=0.02 and d0=0.68.ΔA≈A′(d0)⋅Δd=A′(0.68)⋅0.02=936−0.682⋅0.02≈0.03\begin{aligned} A&=\frac{9}{2}\theta = \frac{9}{2}\left(2\arcsin\left(\frac{d}{6}\right)\right) \\&=9\arcsin\left(\frac{d}{6}\right) \\ \text{Differentiating,} \\ A'(d)&=\frac{9}{\sqrt{1-\left(\frac{d}{6}\right)^2}}\cdot\frac{1}{6}\\ &=\frac{9}{\sqrt{36-d^2}} \\ \text{Let $\Delta A$ is the error in $A$ corresponding to an error of $\Delta d$ in $d$. Since we measured $d$ to be 0.7 instead of $0.68$, in the linear approximation we take $\Delta d = 0.02$ and $d_0=0.68$.} \\ \Delta A &\approx A'(d_0)\cdot\Delta d\\ &=A'\left(0.68\right)\cdot 0.02\\ &=\frac{9}{\sqrt{36-0.68^2}}\cdot0.02\\ &\approx 0.03 \end{aligned}

So, the error in AA is about 0.03.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 3번
# 테일러 다항식과 오차그래프·표 해석보통자동 분류
13.CLP-1 · 3.4절 · 6번대학 수준우리말 번역

뾰족한 끝을 아래로 하여 세워 놓은 원뿔 모양의 물탱크가 있다. 높이는 2미터, 반지름은 0.5미터이다. 탱크 안 물의 높이가 50 cm에서 45 cm로 변할 때, 이에 따른 물의 부피 변화량을 어림하세요.

그림

영어 원문 보기

A conical tank, standing on its pointy end, has height 2 metres and radius 0.5 metres. Estimate change in volume of the water in the tank associated to a change in the height of the water from 50 cm to 45 cm.

figure

정답·풀이 보기

물의 높이에 대한 물의 부피를 나타내는 함수 V(h)V(h) 가 있다고 하자.

h0=0.5h_0=0.5 미터, Δh=−0.05\Delta h = -0.05, ΔV=V(h0+Δh)−V(h0)=V(0.45)−V(0.5)\Delta V = V(h_0+\Delta h)-V(h_0)=V(0.45)-V(0.5) 라 하자. 그러면 선형 근사에 의해 ΔV≈V′(0.5)⋅Δh=−0.05V′(0.5)\Delta V \approx V'(0.5)\cdot \Delta h = -0.05V'(0.5) 이다. 이 문제를 풀기 위해, 먼저 높이에 대한 물의 부피를 나타내는 함수 V(h)V(h) 를 구하고, 다음으로 V′(0.5)V'(0.5) 를 구한 뒤, 마지막으로 물의 부피 변화량이 ΔV≈−0.05V′(0.5)\Delta V \approx -0.05V'(0.5) 임을 이용하여 어림한다.

탱크 안의 물은 원뿔 모양을 이룬다. 높이가 hh 이고 반지름이 rr 인 원뿔의 부피는 V=13πr2hV=\frac{1}{3}\pi r^2 h 이다. 여기서 변수 rr 을 없애야 한다. 닮은 삼각형을 이용하면 된다. 아래 그림은 탱크와 물을 옆에서 본 모습이다.

그림

탱크를 옆에서 본 삼각형은 물을 옆에서 본 삼각형과 닮음이므로

12=2rhr=h4이를 이용하면 물의 부피를 h 로 나타낸 식을 구할 수 있다.V(h)=13πr2h=π3(h4)2h=πh348미분하면V′(h)=πh216V′(0.5)=0.25π16=π64마지막으로 근사식 ΔV≈−0.05V′(0.5) 를 이용하면ΔV≈−0.05π64=−π1280≈−0.00245 m3\begin{aligned} \frac{1}{2}&=\frac{2r}{h}\\ r&=\frac{h}{4} \\ \text{이를 이용하면 물의 부피를 $h$ 로 나타낸 식을 구할 수 있다.} \\ V(h)&=\frac{1}{3}\pi r^2 h = \frac{\pi}{3}\left(\frac{h}{4}\right)^2h=\frac{\pi h^3}{48} \\ \text{미분하면} \\ V'(h)&=\frac{\pi h^2}{16}\\ V'(0.5)&=\frac{0.25\pi}{16}=\frac{\pi}{64} \\ \text{마지막으로 근사식 $\Delta V \approx -0.05V'(0.5)$ 를 이용하면} \\ \Delta V &\approx \frac{-0.05\pi}{64}=-\frac{\pi}{1280}\approx -0.00245 ~\mathrm{m}^3 \end{aligned}

부피가 약 0.002450.00245 세제곱미터, 즉 약 2450 세제곱센티미터 줄어든 것으로 어림할 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

Suppose we have a function V(h)V(h) that gives the volume of water in the tank as a function of its height.

Let h0=0.5h_0=0.5 metres, Δh=−0.05\Delta h = -0.05, and ΔV=V(h0+Δh)−V(h0)=V(0.45)−V(0.5)\Delta V = V(h_0+\Delta h)-V(h_0)=V(0.45)-V(0.5). Then, by the linear approximation, ΔV≈V′(0.5)⋅Δh=−0.05V′(0.5)\Delta V \approx V'(0.5)\cdot \Delta h = -0.05V'(0.5) In order to solve the problem, we will find a function V(h)V(h) giving the volume of water in terms of the height, then find V′(0.5)V'(0.5), and finally approximate that the change in the volume of the water is ΔV≈−0.05V′(0.5)\Delta V \approx -0.05V'(0.5).

The water in the tank forms a cone. The volume of a cone of height hh and radius rr is V=13πr2hV=\frac{1}{3}\pi r^2 h We need to get rid of the variable rr. We can do this using similar triangles. The diagram below shows the side view of the tank and the water.

figure

The side view of the tank forms a triangle that is similar to the triangle formed by the side view of the water, so

12=2rhr=h4Using this, we find our equation for the volume of the water in terms of h.V(h)=13πr2h=π3(h4)2h=πh348Differentiating,V′(h)=πh216V′(0.5)=0.25π16=π64Finally, using the approximation ΔV≈−0.05V′(0.5),ΔV≈−0.05π64=−π1280≈−0.00245 m3\begin{aligned} \frac{1}{2}&=\frac{2r}{h}\\ r&=\frac{h}{4} \\ \text{Using this, we find our equation for the volume of the water in terms of $h$.} \\ V(h)&=\frac{1}{3}\pi r^2 h = \frac{\pi}{3}\left(\frac{h}{4}\right)^2h=\frac{\pi h^3}{48} \\ \text{Differentiating,} \\ V'(h)&=\frac{\pi h^2}{16}\\ V'(0.5)&=\frac{0.25\pi}{16}=\frac{\pi}{64} \\ \text{Finally, using the approximation $\Delta V \approx -0.05V'(0.5)$,} \\ \Delta V &\approx \frac{-0.05\pi}{64}=-\frac{\pi}{1280}\approx -0.00245 ~\mathrm{m}^3 \end{aligned}

We estimate that the volume decreased by about 0.002450.00245 cubic metres, or about 2450 cubic centimetres.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 7번
# 테일러 다항식과 오차그래프·표 해석보통자동 분류
14.CLP-1 · 3.4절 · 4번대학 수준우리말 번역

함수 f(x)f(x) 가 f(3)=2, f′(3)=4f(3)=2,\ f'(3)=4 이고 f′′(3)=−10f''(3)=-10 이라는 성질을 가집니다.

(a) x=3x=3 을 중심으로 하는 f(x)f(x) 의 선형 근사를 이용하여 f(2.98)f(2.98) 을 어림하세요. (b) x=3x=3 을 중심으로 하는 f(x)f(x) 의 이차 근사를 이용하여 f(2.98)f(2.98) 을 어림하세요.

영어 원문 보기

The function f(x)f(x) has the property that f(3)=2, f′(3)=4f(3)=2,\ f'(3)=4 and f′′(3)=−10f''(3)=-10.

(a) Use the linear approximation to f(x)f(x) centred at x=3x=3 to approximate f(2.98)f(2.98). (b) Use the quadratic approximation to f(x)f(x) centred at x=3x=3 to approximate f(2.98)f(2.98).

답 쓰고 채점
(a)
(b)
정답·풀이 보기

(a) xx 가 3 근처일 때, f(x)≈f(3)+f′(3)(x−3)=2+4(x−3)f(x)\approx f(3)+f'(3)(x-3)=2+4(x-3) 이다. 특히 f(2.98)≈2+4(2.98−3)=2−0.08=1.92f(2.98)\approx 2+4(2.98-3)=2-0.08=1.92 이다. (b) xx 가 3 근처일 때,

f(x)≈f(3)+f′(3)(x−3)+12f′′(3)(x−3)2=2+4(x−3)−1210(x−3)2특히f(2.98)≈2+4(2.98−3)−5(2.98−3)2=2−0.08−0.002=1.918\begin{aligned} f(x)&\approx f(3)+f'(3)(x-3)+\frac{1}{2} f''(3)(x-3)^2\\ &=2+4(x-3)-\frac{1}{2} 10(x-3)^2 \\ \text{특히} \\ f(2.98)&\approx 2+4(2.98-3)-5(2.98-3)^2\\ &=2-0.08-0.002={1.918} \end{aligned}

이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) For xx near 3, f(x)≈f(3)+f′(3)(x−3)=2+4(x−3)f(x)\approx f(3)+f'(3)(x-3)=2+4(x-3) In particular f(2.98)≈2+4(2.98−3)=2−0.08=1.92f(2.98)\approx 2+4(2.98-3)=2-0.08=1.92 (b) For xx near 3,

f(x)≈f(3)+f′(3)(x−3)+12f′′(3)(x−3)2=2+4(x−3)−1210(x−3)2In particularf(2.98)≈2+4(2.98−3)−5(2.98−3)2=2−0.08−0.002=1.918\begin{aligned} f(x)&\approx f(3)+f'(3)(x-3)+\frac{1}{2} f''(3)(x-3)^2\\ &=2+4(x-3)-\frac{1}{2} 10(x-3)^2 \\ \text{In particular} \\ f(2.98)&\approx 2+4(2.98-3)-5(2.98-3)^2\\ &=2-0.08-0.002={1.918} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 9번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
15.CLP-1 · 3.4절 · 5번대학 수준우리말 번역

y=x1/3y = x^{1/3} 의 그래프 위의 x=8x = 8 에서의 접선을 이용하여 101/310^{1/3} 의 근삿값을 구하세요. 이 근삿값은 너무 큰가요, 너무 작은가요?

영어 원문 보기

Use the tangent line to the graph of y=x1/3y = x^{1/3} at x=8x = 8 to find an approximate value for 101/310^{1/3}. Is the approximation too large or too small?

정답·풀이 보기

g(x)=x1/3g(x)=x^{1/3} 이라 하자. 그러면 g′(x)=13x−2/3g'(x)=\dfrac{1}{3} x^{-2/3} 이고 g′′(x)=−29x−5/3g''(x)=-\dfrac{2}{9} x^{-5/3} 이다.

특히 g(8)=2g(8)=2, g′(8)=112g'(8)=\dfrac{1}{12} 이고, 모든 x>0x>0 에 대해 g′′(x)<0g''(x)<0 이다.

101/310^{1/3} 에 대한 접선 근사는 다음과 같다.

g(10)≈g(8)+g′(8)(10−8)=2+112(2)=136오차 공식을 이용하면:g(10)=g(8)+g′(8)(10−8)+12g′′(c)(10−8)2\begin{aligned} g(10)&\approx g(8)+g'(8)(10-8)\\ &=2+\dfrac{1}{12}(2)=\dfrac{13}{6} \\ \text{오차 공식을 이용하면:} \\ g(10)&=g(8)+g'(8)(10-8)+\tfrac{1}{2} g''(c)(10-8)^2 \end{aligned}

이를 만족하는 8<c<108<c<10 인 cc 가 존재한다. g′′(c)=−29c5/3g''(c)=-\dfrac{2}{9c^{5/3}} 이므로 g′′(c)g''(c) 는 음수이고, 따라서 g(10)g(10) 은 136\dfrac{13}{6} 에 어떤 음수인 양을 더한 값이다. 그러므로 접선 근삿값은 실제 값보다 크다.

원본 교재 풀이(영어)

Let's name g(x)=x1/3g(x)=x^{1/3}. Then g′(x)=13x−2/3g'(x)=\dfrac{1}{3} x^{-2/3} and g′′(x)=−29x−5/3g''(x)=-\dfrac{2}{9} x^{-5/3}.

In particular, g(8)=2g(8)=2, g′(8)=112g'(8)=\dfrac{1}{12}, and g′′(x)<0g''(x)<0 for all x>0x>0.

The tangent line approximation to 101/310^{1/3} is

g(10)≈g(8)+g′(8)(10−8)=2+112(2)=136Using the error formula:g(10)=g(8)+g′(8)(10−8)+12g′′(c)(10−8)2\begin{aligned} g(10)&\approx g(8)+g'(8)(10-8)\\ &=2+\dfrac{1}{12}(2)=\dfrac{13}{6} \\ \text{Using the error formula:} \\ g(10)&=g(8)+g'(8)(10-8)+\tfrac{1}{2} g''(c)(10-8)^2 \end{aligned}

for some 8<c<108<c<10. Since g′′(c)=−29c5/3g''(c)=-\dfrac{2}{9c^{5/3}}, g′′(c)g''(c) is negative, so g(10)g(10) is 136\dfrac{13}{6} plus some negative quantity. So, the tangent line approximation is too big.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 4번
# 테일러 다항식과 오차그래프·표 해석보통자동 분류
16.CLP-1 · 3.4절 · 6번대학 수준우리말 번역

선형 근사를 이용하여 2\sqrt{2} 의 값을 어림하세요.

영어 원문 보기

Estimate 2\sqrt{2} using a linear approximation.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

함수 f(x)=xf(x)=\sqrt{x} 와 점 a=1a=1 을 근사의 중심으로 사용한다. 다음과 같이 쉽게 계산할 수 있기 때문이다.

f(a)=f(1)=1=1.\begin{aligned} f(a)&=f(1)=\sqrt{1}=1. \end{aligned}

f′(x)=12xf'(x)=\dfrac{1}{2\sqrt{x}} 이므로

f′(1)=121=12.\begin{aligned} f'(1)&=\frac{1}{2\sqrt{1}}=\frac{1}{2}. \end{aligned}

따라서 2=f(2)\sqrt{2}=f(2) 의 선형 근사는

2≈T1(2)=f(1)+f′(1)⋅(2−1)=1+12=32.\begin{aligned} \sqrt{2}&\approx T_1(2)= f(1) + f'(1)\cdot (2-1)\\ &=1+\frac{1}{2}=\frac{3}{2}. \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use the function f(x)=xf(x)=\sqrt{x} and point a=1a=1 as the centre of our approximation, since we can easily calculate

f(a)=f(1)=1=1.\begin{aligned} f(a)&=f(1)=\sqrt{1}=1. \end{aligned}

We compute f′(x)=12xf'(x)=\dfrac{1}{2\sqrt{x}}, so

f′(1)=121=12.\begin{aligned} f'(1)&=\frac{1}{2\sqrt{1}}=\frac{1}{2}. \end{aligned}

So, a linear approximation of 2=f(2)\sqrt{2}=f(2) is

2≈T1(2)=f(1)+f′(1)⋅(2−1)=1+12=32.\begin{aligned} \sqrt{2}&\approx T_1(2)= f(1) + f'(1)\cdot (2-1)\\ &=1+\frac{1}{2}=\frac{3}{2}. \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 5번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
17.CLP-1 · 3.4절 · 7번대학 수준우리말 번역

선형 근사를 이용하여 263\sqrt[3]{26} 의 값을 어림하세요.

영어 원문 보기

Estimate 263\sqrt[3]{26} using a linear approximation.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

함수 f(x)=x1/3f(x)=x^{1/3} 과 점 a=27a=27 을 근사의 중심으로 사용한다. 다음과 같이 쉽게 계산할 수 있기 때문이다.

f(27)=3\begin{aligned} f(27)&=3 \end{aligned}

f′(x)=13x−2/3f'(x)=\dfrac{1}{3} x^{-2/3} 이므로

f′(27)=13⋅(27)−2/3=127\begin{aligned} f'(27)&= \frac{1}{3} \cdot (27)^{-2/3} = \frac{1}{27} \end{aligned}

따라서 261/3=f(26)26^{1/3} = f(26) 의 선형 근사는

261/3≈T1(26)=f(27)+f′(27)⋅(26−27)=3−127=8027\begin{aligned} 26^{1/3}&\approx T_1\left(26\right) = f(27) + f'(27)\cdot (26-27) \\ &= 3 - \frac{1}{27} = \frac{80}{27} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use the function f(x)=x1/3f(x)=x^{1/3} and point a=27a=27 as the centre of our approximation since we can easily compute

f(27)=3\begin{aligned} f(27)&=3 \end{aligned}

We compute f′(x)=13x−2/3f'(x)=\dfrac{1}{3} x^{-2/3}, so

f′(27)=13⋅(27)−2/3=127\begin{aligned} f'(27)&= \frac{1}{3} \cdot (27)^{-2/3} = \frac{1}{27} \end{aligned}

So, the linear approximation of 261/3=f(26)26^{1/3} = f(26) is

261/3≈T1(26)=f(27)+f′(27)⋅(26−27)=3−127=8027\begin{aligned} 26^{1/3}&\approx T_1\left(26\right) = f(27) + f'(27)\cdot (26-27) \\ &= 3 - \frac{1}{27} = \frac{80}{27} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 18번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
18.CLP-1 · 3.4절 · 8번대학 수준우리말 번역

선형 근사를 이용하여 (10.1)5(10.1)^5 의 값을 어림하세요.

영어 원문 보기

Estimate (10.1)5(10.1)^5 using a linear approximation.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

함수 f(x)=x5f(x)=x^5 과 점 a=10a=10 을 근사의 중심으로 사용한다. f(a)=f(10)=105f(a)=f(10)=10^5 임을 알기 때문이다.

f′(x)=5x4f'(x) = 5x^4 이므로 f′(10)=50,000f'(10) = 50,000 이다.

따라서 10.1510.1^5 의 선형 근사는

T1(10.1)=f(10)+f′(10)⋅(10.1−10)=100,000+50,000⋅0.1=105,000 .\begin{aligned} T_1(10.1)&= f(10) + f'(10)\cdot (10.1-10) \\ &= 100,000 + 50,000 \cdot 0.1 = 105,000\,. \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use the function f(x)=x5f(x)=x^5 and point a=10a=10 as the centre of our approximation since we know that f(a)=f(10)=105f(a)=f(10)=10^5.

Since f′(x)=5x4f'(x) = 5x^4 we have f′(10)=50,000f'(10) = 50,000.

So, a linear approximation of 10.1510.1^5 is

T1(10.1)=f(10)+f′(10)⋅(10.1−10)=100,000+50,000⋅0.1=105,000 .\begin{aligned} T_1(10.1)&= f(10) + f'(10)\cdot (10.1-10) \\ &= 100,000 + 50,000 \cdot 0.1 = 105,000\,. \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 21번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
19.CLP-1 · 3.4절 · 9번대학 수준우리말 번역

선형 근사를 이용하여 sin⁡(101π100)\sin\left(\dfrac{101\pi}{100}\right) 의 값을 어림하세요. (답은 π\pi 를 사용하여 나타내세요.)

영어 원문 보기

Estimate sin⁡(101π100)\sin\left(\dfrac{101\pi}{100}\right) using a linear approximation. (Leave your answer in terms of π\pi.)

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

함수 f(x)=sin⁡(x)f(x)=\sin(x) 와 점 a=πa=\pi 를 근사의 중심으로 사용한다. 왜냐하면

sin⁡(a)=f(π)=sin⁡π=0.\begin{aligned} \sin(a)&=f(\pi)=\sin{\pi}=0. \end{aligned}

임을 알고 있고, π\pi 는 101π100\dfrac{101\pi}{100} 에 꽤 가깝기 때문이다.

f′(x)=cos⁡(x)f'(x)=\cos(x) 를 계산하면

f′(π)=cos⁡(π)=−1.So, the linear approximation of sin⁡(101π100) isf(101π100)≈T1(101π100)=f(π)+f′(π)⋅(101π100−π)=0+(−1)⋅π100=−π100.\begin{aligned} f'(\pi)&=\cos(\pi) = -1. \\ \text{So, the linear approximation of $\sin\left(\frac{101\pi}{100}\right) $ is} \\ f\left(\frac{101\pi}{100}\right)&\approx T_1\left(\frac{101\pi}{100}\right)\\ &= f(\pi) + f'(\pi)\cdot \left(\frac{101\pi}{100}-\pi\right) \\ &=0+(-1)\cdot\frac{\pi}{100}=-\frac{\pi}{100}. \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use the function f(x)=sin⁡(x)f(x)=\sin(x) and point a=πa=\pi as the centre of our approximation since we know that

sin⁡(a)=f(π)=sin⁡π=0.\begin{aligned} \sin(a)&=f(\pi)=\sin{\pi}=0. \end{aligned}

and π\pi is reasonably close to 101π100\dfrac{101\pi}{100}.

We compute f′(x)=cos⁡(x)f'(x)=\cos(x), so

f′(π)=cos⁡(π)=−1.So, the linear approximation of sin⁡(101π100) isf(101π100)≈T1(101π100)=f(π)+f′(π)⋅(101π100−π)=0+(−1)⋅π100=−π100.\begin{aligned} f'(\pi)&=\cos(\pi) = -1. \\ \text{So, the linear approximation of $\sin\left(\frac{101\pi}{100}\right) $ is} \\ f\left(\frac{101\pi}{100}\right)&\approx T_1\left(\frac{101\pi}{100}\right)\\ &= f(\pi) + f'(\pi)\cdot \left(\frac{101\pi}{100}-\pi\right) \\ &=0+(-1)\cdot\frac{\pi}{100}=-\frac{\pi}{100}. \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 8번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
20.CLP-1 · 3.4절 · 10번대학 수준우리말 번역

arctan⁡1=π4\arctan 1 = \dfrac{\pi}{4} 임을 이용하여, 선형 근사로 arctan⁡(1.1)\arctan(1.1) 의 값을 어림하세요.

영어 원문 보기

Use a linear approximation to estimate arctan⁡(1.1)\arctan(1.1), using arctan⁡1=π4\arctan 1 = \dfrac{\pi}{4}.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

f(x)=arctan⁡(x)f(x)=\arctan(x) 라 하자. 그러면 f′(x)=11+x2f'(x)=\dfrac{1}{1+x^2} 이므로 f′(1)=12f'(1)=\dfrac{1}{2} 이고 f(1.1)≈f(1)+f′(1)(1.1−1)=π4+120f(1.1)\approx f(1)+f'(1)(1.1-1)=\frac{\pi}{4}+\frac{1}{20}

원본 교재 풀이(영어)

Set f(x)=arctan⁡(x)f(x)=\arctan(x). Then f′(x)=11+x2f'(x)=\dfrac{1}{1+x^2}, so f′(1)=12f'(1)=\dfrac{1}{2} and f(1.1)≈f(1)+f′(1)(1.1−1)=π4+120f(1.1)\approx f(1)+f'(1)(1.1-1)=\frac{\pi}{4}+\frac{1}{20}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 11번
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