문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 급수 심화

테일러 급수의 활용

테일러 급수로 극한·적분·근삿값을 계산하고 미분방정식을 푼다

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

79문제 · 4 / 4쪽

61.OpenStax 2권 · 6.4절 · 61번대학 수준우리말 번역

항등식 2sin⁡xcos⁡x=sin⁡(2x)2\sin x\cos x=\sin (2x) 를 이용하여 sin⁡2x{\sin }^{2}x 의 x=0x=0 에서의 거듭제곱급수 전개를 구하세요. (힌트: sin⁡(2x)\sin (2x) 의 매클로린 급수를 항별로 적분하세요.)

영어 원문 보기

Use the identity 2sin⁡xcos⁡x=sin⁡(2x)2\sin x\cos x=\sin (2x) to find the power series expansion of sin⁡2x{\sin }^{2}x at x=0.x=0. (Hint: Integrate the Maclaurin series of sin⁡(2x)\sin (2x) term by term.)

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 20번
# 테일러 급수의 활용계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
62.OpenStax 2권 · 6.4절 · 62번대학 수준우리말 번역

y=∑n=0∞anxny=\sum_{n=0}^{\infty }{a}_{n}{x}^{n} 일 때, xy′x{y}^{'} 과 x2y′′{x}^{2}{y}^{''} 의 거듭제곱급수 전개를 구하세요.

영어 원문 보기

If y=∑n=0∞anxn,y=\sum_{n=0}^{\infty }{a}_{n}{x}^{n}, find the power series expansions of xy′x{y}^{'} and x2y′′.{x}^{2}{y}^{''}.

정답·풀이 보기

항별 미분 정리에 의해 y′=∑n=1∞nanxn−1{y}^{'}=\sum_{n=1}^{\infty }n{a}_{n}{x}^{n-1} 이므로 y′=∑n=1∞nanxn−1 xy′=∑n=1∞nanxn{y}^{'}=\sum_{n=1}^{\infty }n{a}_{n}{x}^{n-1}\,x{y}^{'}=\sum_{n=1}^{\infty }n{a}_{n}{x}^{n} 이고, 한편 y′=∑n=2∞n(n−1)anxn−2{y}^{'}=\sum_{n=2}^{\infty }n(n-1){a}_{n}{x}^{n-2} 이므로 xy′′=∑n=2∞n(n−1)anxnx{y}^{''}=\sum_{n=2}^{\infty }n(n-1){a}_{n}{x}^{n} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

By the term-by-term differentiation theorem, y′=∑n=1∞nanxn−1{y}^{'}=\sum_{n=1}^{\infty }n{a}_{n}{x}^{n-1} so y′=∑n=1∞nanxn−1 xy′=∑n=1∞nanxn,{y}^{'}=\sum_{n=1}^{\infty }n{a}_{n}{x}^{n-1}\,x{y}^{'}=\sum_{n=1}^{\infty }n{a}_{n}{x}^{n}, whereas y′=∑n=2∞n(n−1)anxn−2{y}^{'}=\sum_{n=2}^{\infty }n(n-1){a}_{n}{x}^{n-2} so xy′′=∑n=2∞n(n−1)anxn.x{y}^{''}=\sum_{n=2}^{\infty }n(n-1){a}_{n}{x}^{n}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 60번
# 테일러 급수의 활용계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
63.OpenStax 2권 · 6.4절 · 63번대학 수준우리말 번역

[계산기 사용] y=∑k=0∞akxky=\sum_{k=0}^{\infty }{a}_{k}{x}^{k} 이 y′=−2xy{y}^{'}=-2xy 와 y(0)=0y(0)=0 을 만족한다고 하자. 모든 kk 에 대해 a2k+1=0{a}_{2k+1}=0 이고 a2k+2=−a2kk+1{a}_{2k+2}=\frac{-{a}_{2k}}{k+1} 임을 보이세요. yy 의 부분합 S20{S}_{20} 을 구간 [−4,4][-4,4] 에서 그래프로 그리세요.

영어 원문 보기

[T] Suppose that y=∑k=0∞akxky=\sum_{k=0}^{\infty }{a}_{k}{x}^{k} satisfies y′=−2xy{y}^{'}=-2xy and y(0)=0.y(0)=0. Show that a2k+1=0{a}_{2k+1}=0 for all kk and that a2k+2=−a2kk+1.{a}_{2k+2}=\frac{-{a}_{2k}}{k+1}. Plot the partial sum S20{S}_{20} of yy on the interval [−4,4].[-4,4].

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 66번
# 테일러 급수의 활용증명·논술자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
64.OpenStax 2권 · 6.4절 · 64번대학 수준우리말 번역

[계산기 사용] 표준화 시험 점수가 평균 μ=100\mu =100, 표준편차 σ=10\sigma =10 인 정규분포를 따른다고 하자. 시험 점수가 9090 과 110110 사이일 확률을 나타내는 적분을 세우고, 12πe−x2/2\frac{1}{\sqrt{2\pi }}{e}^{-{x}^{2}/2} 의 1010 차 매클로린 다항식의 적분을 이용하여 이 확률을 어림하세요.

영어 원문 보기

[T] Suppose that a set of standardized test scores is normally distributed with mean μ=100\mu =100 and standard deviation σ=10.\sigma =10. Set up an integral that represents the probability that a test score will be between 9090 and 110110 and use the integral of the degree 1010 Maclaurin polynomial of 12πe−x2/2\frac{1}{\sqrt{2\pi }}{e}^{-{x}^{2}/2} to estimate this probability.

정답·풀이 보기

확률은 p=12π∫(a−μ)/σ(b−μ)/σe−x2/2dxp=\frac{1}{\sqrt{2\pi }}{\int }_{(a-\mu )/\sigma }^{(b-\mu )/\sigma }{e}^{-{x}^{2}/2}dx 이고, 여기서 a=90a=90, b=100b=100 이다. 즉 p=12π∫−11e−x2/2dx=12π∫−11∑n=05(−1)nx2n2nn!dx=22π∑n=05(−1)n1(2n+1)2nn!≈0.6827.p=\frac{1}{\sqrt{2\pi }}{\int }_{-1}^{1}{e}^{-{x}^{2}/2}dx=\frac{1}{\sqrt{2\pi }}{\int }_{-1}^{1}\sum_{n=0}^{5}{(-1)}^{n}\frac{{x}^{2n}}{{2}^{n}n!}dx=\frac{2}{\sqrt{2\pi }}\sum_{n=0}^{5}{(-1)}^{n}\frac{1}{(2n+1){2}^{n}n!}\approx 0.6827.

원본 교재 풀이(영어)

The probability is p=12π∫(a−μ)/σ(b−μ)/σe−x2/2dxp=\frac{1}{\sqrt{2\pi }}{\int }_{(a-\mu )/\sigma }^{(b-\mu )/\sigma }{e}^{-{x}^{2}/2}dx where a=90a=90 and b=100,b=100, that is, p=12π∫−11e−x2/2dx=12π∫−11∑n=05(−1)nx2n2nn!dx=22π∑n=05(−1)n1(2n+1)2nn!≈0.6827.p=\frac{1}{\sqrt{2\pi }}{\int }_{-1}^{1}{e}^{-{x}^{2}/2}dx=\frac{1}{\sqrt{2\pi }}{\int }_{-1}^{1}\sum_{n=0}^{5}{(-1)}^{n}\frac{{x}^{2n}}{{2}^{n}n!}dx=\frac{2}{\sqrt{2\pi }}\sum_{n=0}^{5}{(-1)}^{n}\frac{1}{(2n+1){2}^{n}n!}\approx 0.6827.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 68번
# 테일러 급수의 활용계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
65.OpenStax 2권 · 6.4절 · 65번대학 수준우리말 번역

[계산기 사용] 표준화 시험 점수가 평균 μ=100\mu =100, 표준편차 σ=10\sigma =10 인 정규분포를 따른다고 하자. 시험 점수가 7070 과 130130 사이일 확률을 나타내는 적분을 세우고, 12πe−x2/2\frac{1}{\sqrt{2\pi }}{e}^{-{x}^{2}/2} 의 5050 차 매클로린 다항식의 적분을 이용하여 이 확률을 어림하세요.

영어 원문 보기

[T] Suppose that a set of standardized test scores is normally distributed with mean μ=100\mu =100 and standard deviation σ=10.\sigma =10. Set up an integral that represents the probability that a test score will be between 7070 and 130130 and use the integral of the degree 5050 Maclaurin polynomial of 12πe−x2/2\frac{1}{\sqrt{2\pi }}{e}^{-{x}^{2}/2} to estimate this probability.

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 58번
# 테일러 급수의 활용계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
66.OpenStax 2권 · 6.4절 · 66번대학 수준우리말 번역

[계산기 사용] ∑n=0∞anxn\sum_{n=0}^{\infty }{a}_{n}{x}^{n} 이 f(0)=1,f′(0)=0f(0)=1,{f}^{'}(0)=0 이고 f′′(x)=−f(x){f}^{''}(x)=-f(x) 인 함수 f(x)f(x) 로 수렴한다고 하자. an{a}_{n} 에 대한 공식을 구하고, 부분합 SN{S}_{N} 에서 N=20N=20 일 때의 그래프를 [−5,5][-5,5] 에서 그리세요.

영어 원문 보기

[T] Suppose that ∑n=0∞anxn\sum_{n=0}^{\infty }{a}_{n}{x}^{n} converges to a function f(x)f(x) such that f(0)=1,f′(0)=0,f(0)=1,{f}^{'}(0)=0, and f′′(x)=−f(x).{f}^{''}(x)=-f(x). Find a formula for an{a}_{n} and plot the partial sum SN{S}_{N} for N=20N=20 on [−5,5].[-5,5].

정답·풀이 보기

이 그래프는 원점에 대해 대칭인 물결 모양의 곡선이다. 원점 위쪽의 y = 1 에서 봉우리를 이룬다. 가장 낮은 점은 -3 과 3 에 있다.

앞의 문제와 같이 하면 nn 이 홀수일 때 an=0{a}_{n}=0 이고 nn 이 짝수일 때 an=−(n+2)(n+1)an+2{a}_{n}=-(n+2)(n+1){a}_{n+2} 이다. 따라서 a0=1{a}_{0}=1 로부터 a2n=(−1)n(2n)!{a}_{2n}=\frac{{(-1)}^{n}}{(2n)!} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

This graph is a wave curve symmetrical about the origin. It has a peak at y = 1 above the origin. It has lowest points at -3 and 3.

As in the previous problem one obtains an=0{a}_{n}=0 if nn is odd and an=−(n+2)(n+1)an+2{a}_{n}=-(n+2)(n+1){a}_{n+2} if nn is even, so a0=1{a}_{0}=1 leads to a2n=(−1)n(2n)!.{a}_{2n}=\frac{{(-1)}^{n}}{(2n)!}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 64번
# 테일러 급수의 활용계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
67.OpenStax 2권 · 6.4절 · 67번대학 수준우리말 번역

[계산기 사용] ∑n=0∞anxn\sum_{n=0}^{\infty }{a}_{n}{x}^{n} 이 f(0)=0, f′(0)=1f(0)=0,\,{f}^{'}(0)=1 이고 f′′(x)=−f(x){f}^{''}(x)=-f(x) 인 함수 f(x)f(x) 로 수렴한다고 하자. an{a}_{n} 에 대한 공식을 구하고, 부분합 SN{S}_{N} 에서 N=10N=10 일 때의 그래프를 [−5,5][-5,5] 에서 그리세요.

영어 원문 보기

[T] Suppose that ∑n=0∞anxn\sum_{n=0}^{\infty }{a}_{n}{x}^{n} converges to a function f(x)f(x) such that f(0)=0, f′(0)=1,f(0)=0,\,{f}^{'}(0)=1, and f′′(x)=−f(x).{f}^{''}(x)=-f(x). Find a formula for an{a}_{n} and plot the partial sum SN{S}_{N} for N=10N=10 on [−5,5].[-5,5].

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 12번
# 테일러 급수의 활용계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
68.OpenStax 2권 · 6.4절 · 68번대학 수준우리말 번역

∑n=0∞anxn\sum_{n=0}^{\infty }{a}_{n}{x}^{n} 이 y(0)=1y(0)=1 이고 y′(0)=0y'(0)=0 일 때 y′′−y′+y=0{y}^{''}-{y}^{'}+y=0 을 만족시키는 함수 yy 로 수렴한다고 하자. an+2,an+1{a}_{n+2},{a}_{n+1}, 그리고 an{a}_{n} 사이의 관계를 나타내는 식을 구하고, a0,...,a5{a}_{0},...,{a}_{5} 의 값을 계산하세요.

영어 원문 보기

Suppose that ∑n=0∞anxn\sum_{n=0}^{\infty }{a}_{n}{x}^{n} converges to a function yy such that y′′−y′+y=0{y}^{''}-{y}^{'}+y=0 where y(0)=1y(0)=1 and y′(0)=0.y'(0)=0. Find a formula that relates an+2,an+1,{a}_{n+2},{a}_{n+1}, and an{a}_{n} and compute a0,...,a5.{a}_{0},...,{a}_{5}.

정답·풀이 보기

y′′=∑n=0∞(n+2)(n+1)an+2xn{y}^{''}=\sum_{n=0}^{\infty }(n+2)(n+1){a}_{n+2}{x}^{n} 이고 y′=∑n=0∞(n+1)an+1xn{y}^{'}=\sum_{n=0}^{\infty }(n+1){a}_{n+1}{x}^{n} 이므로 y′′−y′+y=0{y}^{''}-{y}^{'}+y=0 에서 (n+2)(n+1)an+2−(n+1)an+1+an=0(n+2)(n+1){a}_{n+2}-(n+1){a}_{n+1}+{a}_{n}=0 또는 an=an−1n−an−2n(n−1){a}_{n}=\frac{{a}_{n-1}}{n}-\frac{{a}_{n-2}}{n(n-1)} 이 모든 n⋅y(0)=a0=1n\cdot y(0)={a}_{0}=1 에 대해 성립하고 y′(0)=a1=0{y}^{'}(0)={a}_{1}=0 이므로 a2=12,a3=16,a4=0{a}_{2}=\frac{1}{2},{a}_{3}=\frac{1}{6},{a}_{4}=0, 그리고 a5=−1120{a}_{5}=-\frac{1}{120} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

y′′=∑n=0∞(n+2)(n+1)an+2xn{y}^{''}=\sum_{n=0}^{\infty }(n+2)(n+1){a}_{n+2}{x}^{n} and y′=∑n=0∞(n+1)an+1xn{y}^{'}=\sum_{n=0}^{\infty }(n+1){a}_{n+1}{x}^{n} so y′′−y′+y=0{y}^{''}-{y}^{'}+y=0 implies that (n+2)(n+1)an+2−(n+1)an+1+an=0(n+2)(n+1){a}_{n+2}-(n+1){a}_{n+1}+{a}_{n}=0 or an=an−1n−an−2n(n−1){a}_{n}=\frac{{a}_{n-1}}{n}-\frac{{a}_{n-2}}{n(n-1)} for all n⋅y(0)=a0=1n\cdot y(0)={a}_{0}=1 and y′(0)=a1=0,{y}^{'}(0)={a}_{1}=0, so a2=12,a3=16,a4=0,{a}_{2}=\frac{1}{2},{a}_{3}=\frac{1}{6},{a}_{4}=0, and a5=−1120.{a}_{5}=-\frac{1}{120}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 48번
# 테일러 급수의 활용계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
69.OpenStax 2권 · 6.4절 · 69번대학 수준우리말 번역

급수 ∑n=0∞anxn\sum_{n=0}^{\infty }{a}_{n}{x}^{n} 이 함수 yy 로 수렴하고, yy 는 y′′−y′+y=0{y}^{''}-{y}^{'}+y=0 을 만족시키며 y(0)=0y(0)=0 이고 y′(0)=1{y}^{'}(0)=1 이라고 하자. an+2,an+1{a}_{n+2},{a}_{n+1}, 그리고 an{a}_{n} 사이의 관계를 나타내는 식을 구하고 a1,...,a5{a}_{1},...,{a}_{5} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose that ∑n=0∞anxn\sum_{n=0}^{\infty }{a}_{n}{x}^{n} converges to a function yy such that y′′−y′+y=0{y}^{''}-{y}^{'}+y=0 where y(0)=0y(0)=0 and y′(0)=1.{y}^{'}(0)=1. Find a formula that relates an+2,an+1,{a}_{n+2},{a}_{n+1}, and an{a}_{n} and compute a1,...,a5.{a}_{1},...,{a}_{5}.

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 76번
# 테일러 급수의 활용계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
70.OpenStax 2권 · 6.4절 · 70번대학 수준우리말 번역

[계산기 사용] ∫0πsin⁡ttdt;Ps=1−x23!+x45!−x67!+x89!{\int }_{0}^{\pi }\frac{\sin t}{t}dt;{P}_{s}=1-\frac{{x}^{2}}{3!}+\frac{{x}^{4}}{5!}-\frac{{x}^{6}}{7!}+\frac{{x}^{8}}{9!} (sin⁡tt\frac{\sin t}{t} 의 9계 도함수의 절댓값은 0.1.)0.1.) 으로 유계라고 가정해도 됩니다.

영어 원문 보기

[T] ∫0πsin⁡ttdt;Ps=1−x23!+x45!−x67!+x89!{\int }_{0}^{\pi }\frac{\sin t}{t}dt;{P}_{s}=1-\frac{{x}^{2}}{3!}+\frac{{x}^{4}}{5!}-\frac{{x}^{6}}{7!}+\frac{{x}^{8}}{9!} (You may assume that the absolute value of the ninth derivative of sin⁡tt\frac{\sin t}{t} is bounded by 0.1.)0.1.)

정답·풀이 보기

a. (증명) b. Rs≤0.1(9)!π9≈0.0082<0.01{R}_{s}\le \frac{0.1}{(9)!}{\pi }^{9}\approx 0.0082<0.01 이다. ∫0π(1−x23!+x45!−x67!+x89!)dx=π−π33⋅3!+π55⋅5!−π77⋅7!+π99⋅9!=1.852{\int }_{0}^{\pi }\left(1-\frac{{x}^{2}}{3!}+\frac{{x}^{4}}{5!}-\frac{{x}^{6}}{7!}+\frac{{x}^{8}}{9!}\right)dx=\pi -\frac{{\pi }^{3}}{3\cdot 3!}+\frac{{\pi }^{5}}{5\cdot 5!}-\frac{{\pi }^{7}}{7\cdot 7!}+\frac{{\pi }^{9}}{9\cdot 9!}=1.852 인 반면 ∫0πsin⁡ttdt=1.85194{\int }_{0}^{\pi }\frac{\sin t}{t}dt=1.85194 이므로 실제 오차는 약 0.000060.00006 이다.

원본 교재 풀이(영어)

a. (Proof) b. We have Rs≤0.1(9)!π9≈0.0082<0.01.{R}_{s}\le \frac{0.1}{(9)!}{\pi }^{9}\approx 0.0082<0.01. We have ∫0π(1−x23!+x45!−x67!+x89!)dx=π−π33⋅3!+π55⋅5!−π77⋅7!+π99⋅9!=1.852...,{\int }_{0}^{\pi }\left(1-\frac{{x}^{2}}{3!}+\frac{{x}^{4}}{5!}-\frac{{x}^{6}}{7!}+\frac{{x}^{8}}{9!}\right)dx=\pi -\frac{{\pi }^{3}}{3\cdot 3!}+\frac{{\pi }^{5}}{5\cdot 5!}-\frac{{\pi }^{7}}{7\cdot 7!}+\frac{{\pi }^{9}}{9\cdot 9!}=1.852..., whereas ∫0πsin⁡ttdt=1.85194...,{\int }_{0}^{\pi }\frac{\sin t}{t}dt=1.85194..., so the actual error is approximately 0.00006.0.00006.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 20번
# 테일러 급수의 활용계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
71.OpenStax 2권 · 6.4절 · 71번대학 수준우리말 번역

[계산기 사용] ∫02e−x2dx;p11=1−x2+x42−x63!+⋯−x2211!{\int }_{0}^{2}{e}^{-{x}^{2}}dx;{p}_{11}=1-{x}^{2}+\frac{{x}^{4}}{2}-\frac{{x}^{6}}{3!}+\cdots -\frac{{x}^{22}}{11!} (e−x2{e}^{-{x}^{2}}의 23rd23\text{rd} 도함수의 절댓값이 다음 값보다 작다고 가정해도 됩니다: 2 × 1014.)2\,\times \,{10}^{14}.)

영어 원문 보기

[T] ∫02e−x2dx;p11=1−x2+x42−x63!+⋯−x2211!{\int }_{0}^{2}{e}^{-{x}^{2}}dx;{p}_{11}=1-{x}^{2}+\frac{{x}^{4}}{2}-\frac{{x}^{6}}{3!}+\cdots -\frac{{x}^{22}}{11!} (You may assume that the absolute value of the 23rd23\text{rd} derivative of e−x2{e}^{-{x}^{2}} is less than 2 × 1014.)2\,\times \,{10}^{14}.)

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 56번
# 테일러 급수의 활용계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
72.OpenStax 2권 · 6.4절 · 72번대학 수준우리말 번역

프레넬 적분은 C(x)=∫0xcos⁡(t2)dtC(x)={\int }_{0}^{x}\cos ({t}^{2})dt 와 S(x)=∫0xsin⁡(t2)dtS(x)={\int }_{0}^{x}\sin ({t}^{2})dt 로 정의됩니다. C(x)C(x) 와 S(x)S(x) 의 거듭제곱급수를 구하고, 0이 아닌 처음 N=50N=50 개의 항의 합 CN(x){C}_{N}(x) 와 SN(x){S}_{N}(x) 를 [0,2π][0,2\pi ] 에서 그래프로 그리세요.

영어 원문 보기

The Fresnel integrals are defined by C(x)=∫0xcos⁡(t2)dtC(x)={\int }_{0}^{x}\cos ({t}^{2})dt and S(x)=∫0xsin⁡(t2)dt.S(x)={\int }_{0}^{x}\sin ({t}^{2})dt. Compute the power series of C(x)C(x) and S(x)S(x) and plot the sums CN(x){C}_{N}(x) and SN(x){S}_{N}(x) of the first N=50N=50 nonzero terms on [0,2π].[0,2\pi ].

정답·풀이 보기

이 그래프에는 두 개의 곡선이 있다. 첫 번째 곡선은 C 아래첨자 50 (x)라고 표시된 실선이다. 이 곡선은 원점에서 시작하며, 진폭이 점점 줄어드는 파동 모양이다. 가장 높이 올라가는 값은 y = 1이다. 두 번째 곡선은 S 아래첨자 50 (x)라고 표시되어 있다. 이 곡선도 진폭이 점점 줄어드는 파동 모양이며, 가장 높이 올라가는 값은 0.9이다. 이 곡선은 첫 번째 곡선의 형태와 매우 비슷하며, 오른쪽으로 약간 이동해 있다.

cos⁡(t2)=∑n=0∞(−1)nt4n(2n)!\cos ({t}^{2})=\sum_{n=0}^{\infty }{(-1)}^{n}\frac{{t}^{4n}}{(2n)!} 이고 sin⁡(t2)=∑n=0∞(−1)nt4n+2(2n+1)!\sin ({t}^{2})=\sum_{n=0}^{\infty }{(-1)}^{n}\frac{{t}^{4n+2}}{(2n+1)!} 이므로, S(x)=∑n=0∞(−1)nx4n+3(4n+3)(2n+1)!S(x)=\sum_{n=0}^{\infty }{(-1)}^{n}\frac{{x}^{4n+3}}{(4n+3)(2n+1)!} 이고 C(x)=∑n=0∞(−1)nx4n+1(4n+1)(2n)!C(x)=\sum_{n=0}^{\infty }{(-1)}^{n}\frac{{x}^{4n+1}}{(4n+1)(2n)!} 이다. 0이 아닌 처음 5050 개의 항의 합을 아래에 그렸으며, C50(x){C}_{50}(x) 는 실선, S50(x){S}_{50}(x) 는 점선이다.

원본 교재 풀이(영어)

This graph has two curves. The first one is a solid curve labeled Csub50(x). It begins at the origin and is a wave that gradually decreases in amplitude. The highest it reaches is y = 1. The second curve is labeled Ssub50(x). It is a wave that gradually decreases in amplitude. The highest it reaches is 0.9. It is very close to the pattern of the first curve with a slight shift to the right.

Since cos⁡(t2)=∑n=0∞(−1)nt4n(2n)!\cos ({t}^{2})=\sum_{n=0}^{\infty }{(-1)}^{n}\frac{{t}^{4n}}{(2n)!} and sin⁡(t2)=∑n=0∞(−1)nt4n+2(2n+1)!,\sin ({t}^{2})=\sum_{n=0}^{\infty }{(-1)}^{n}\frac{{t}^{4n+2}}{(2n+1)!}, one has S(x)=∑n=0∞(−1)nx4n+3(4n+3)(2n+1)!S(x)=\sum_{n=0}^{\infty }{(-1)}^{n}\frac{{x}^{4n+3}}{(4n+3)(2n+1)!} and C(x)=∑n=0∞(−1)nx4n+1(4n+1)(2n)!.C(x)=\sum_{n=0}^{\infty }{(-1)}^{n}\frac{{x}^{4n+1}}{(4n+1)(2n)!}. The sums of the first 5050 nonzero terms are plotted below with C50(x){C}_{50}(x) the solid curve and S50(x){S}_{50}(x) the dashed curve.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 18번
# 테일러 급수의 활용계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
73.OpenStax 2권 · 6.4절 · 73번대학 수준우리말 번역

[계산기 사용] 프레넬 적분은 좌표가 (C(t),S(t))(C(t),S(t)) 인 곡선의 곡률 성질 때문에 도로와 철도 설계를 비롯한 여러 응용 분야에서 쓰인다. 앞의 문제에서 좌표를 계산한 곡선 (C50,S50)({C}_{50},{S}_{50}) 의 0≤t≤2π0\le t\le 2\pi 에서의 그래프를 그리세요.

영어 원문 보기

[T] The Fresnel integrals are used in design applications for roadways and railways and other applications because of the curvature properties of the curve with coordinates (C(t),S(t)).(C(t),S(t)). Plot the curve (C50,S50)({C}_{50},{S}_{50}) for 0≤t≤2π,0\le t\le 2\pi , the coordinates of which were computed in the previous exercise.

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 36번
# 테일러 급수의 활용계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
74.OpenStax 2권 · 6.4절 · 74번대학 수준우리말 번역

다음 문제들은 프레넬 적분에 관한 것이다.

이항식 근사 1−x2−x28−x316−5x42128−7x52561-\frac{x}{2}-\frac{{x}^{2}}{8}-\frac{{x}^{3}}{16}-\frac{5{x}^{4}}{2128}-\frac{7{x}^{5}}{256} 을 이용하여 1−x\sqrt{1-x} 를 근사함으로써 ∫01/4x−x2dx{\int }_{0}^{1/4}\sqrt{x-{x}^{2}}dx 의 값을 어림하세요.

영어 원문 보기

The following exercises deal with Fresnel integrals.

Estimate ∫01/4x−x2dx{\int }_{0}^{1/4}\sqrt{x-{x}^{2}}dx by approximating 1−x\sqrt{1-x} using the binomial approximation 1−x2−x28−x316−5x42128−7x5256.1-\frac{x}{2}-\frac{{x}^{2}}{8}-\frac{{x}^{3}}{16}-\frac{5{x}^{4}}{2128}-\frac{7{x}^{5}}{256}.

정답·풀이 보기

∫01/4x(1−x2−x28−x316−5x4128−7x5256)dx{\int }_{0}^{1/4}\sqrt{x}\left(1-\frac{x}{2}-\frac{{x}^{2}}{8}-\frac{{x}^{3}}{16}-\frac{5{x}^{4}}{128}-\frac{7{x}^{5}}{256}\right)dx

=232−3−12 252−5−18 272−7−116 292−9−5128 2112−11−7256 2132−13=0.0767732...=\frac{2}{3}{2}^{-3}-\frac{1}{2}\,\frac{2}{5}{2}^{-5}-\frac{1}{8}\,\frac{2}{7}{2}^{-7}-\frac{1}{16}\,\frac{2}{9}{2}^{-9}-\frac{5}{128}\,\frac{2}{11}{2}^{-11}-\frac{7}{256}\,\frac{2}{13}{2}^{-13}=0.0767732....

반면 ∫01/4x−x2dx=0.076773{\int }_{0}^{1/4}\sqrt{x-{x}^{2}}dx=0.076773 이다.

원본 교재 풀이(영어)

∫01/4x(1−x2−x28−x316−5x4128−7x5256)dx{\int }_{0}^{1/4}\sqrt{x}\left(1-\frac{x}{2}-\frac{{x}^{2}}{8}-\frac{{x}^{3}}{16}-\frac{5{x}^{4}}{128}-\frac{7{x}^{5}}{256}\right)dx

=232−3−12 252−5−18 272−7−116 292−9−5128 2112−11−7256 2132−13=0.0767732...=\frac{2}{3}{2}^{-3}-\frac{1}{2}\,\frac{2}{5}{2}^{-5}-\frac{1}{8}\,\frac{2}{7}{2}^{-7}-\frac{1}{16}\,\frac{2}{9}{2}^{-9}-\frac{5}{128}\,\frac{2}{11}{2}^{-11}-\frac{7}{256}\,\frac{2}{13}{2}^{-13}=0.0767732...

whereas ∫01/4x−x2dx=0.076773.{\int }_{0}^{1/4}\sqrt{x-{x}^{2}}dx=0.076773.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 16번
# 테일러 급수의 활용계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
75.OpenStax 2권 · 6.4절 · 75번대학 수준우리말 번역

[계산기 사용] 이항식 1−x2\sqrt{1-{x}^{2}} 에 대한 뉴턴의 근사를 이용하여 다음과 같이 π\pi 를 어림하세요. 중심이 (12,0)\left(\frac{1}{2},0\right) 이고 반지름이 12\frac{1}{2} 인 원의 위쪽 반원은 y=x1−xy=\sqrt{x}\sqrt{1-x} 이다. 이 원에서 xx 축, x=0x=0 에서 x=12x=\frac{1}{2} 사이의 구간, 그리고 점 (14,34)\left(\frac{1}{4},\frac{\sqrt{3}}{4}\right) 을 지나는 직선으로 둘러싸인 부채꼴은 원의 16\frac{1}{6} 에 해당하며 넓이는 π24\frac{\pi }{24} 이다. 이 부채꼴은 높이가 34\frac{\sqrt{3}}{4} 이고 밑변이 14\frac{1}{4} 인 직각삼각형과, x=0x=0 에서 x=14x=\frac{1}{4} 사이에서 그래프 아래에 놓인 영역을 합친 것이다. 이 영역의 넓이를 구하려면 y=x1−x=x × (이항 전개 1−x)y=\sqrt{x}\sqrt{1-x}=\sqrt{x}\,\times \,\left(\text{이항 전개 }\sqrt{1-x}\right) 로 쓰고 항별로 적분하면 된다. 이 방법을 앞선 문제의 이항식 근사와 함께 사용하여 π\pi 를 어림하세요.

영어 원문 보기

[T] Use Newton’s approximation of the binomial 1−x2\sqrt{1-{x}^{2}} to approximate π\pi as follows. The circle centered at (12,0)\left(\frac{1}{2},0\right) with radius 12\frac{1}{2} has upper semicircle y=x1−x.y=\sqrt{x}\sqrt{1-x}. The sector of this circle bounded by the xx-axis between x=0x=0 and x=12x=\frac{1}{2} and by the line joining (14,34)\left(\frac{1}{4},\frac{\sqrt{3}}{4}\right) corresponds to 16\frac{1}{6} of the circle and has area π24.\frac{\pi }{24}. This sector is the union of a right triangle with height 34\frac{\sqrt{3}}{4} and base 14\frac{1}{4} and the region below the graph between x=0x=0 and x=14.x=\frac{1}{4}. To find the area of this region you can write y=x1−x=x × (binomial expansion of1−x)y=\sqrt{x}\sqrt{1-x}=\sqrt{x}\,\times \,\left(\text{binomial expansion of}\sqrt{1-x}\right) and integrate term by term. Use this approach with the binomial approximation from the previous exercise to estimate π.\pi .

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 18번
# 테일러 급수의 활용그래프·표 해석자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
76.OpenStax 2권 · 6.4절 · 76번대학 수준우리말 번역

근사식 T≈2πLg(1+k24)T\approx 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}}\left(1+\frac{{k}^{2}}{4}\right) 을 이용하여 길이가 1010 미터이고 최대 각이 θmax⁡=π6{\theta }_{\max }=\frac{\pi }{6} 인 진자의 주기를 어림하세요. 여기서 k=sin⁡(θmax⁡2)k=\sin \left(\frac{{\theta }_{\max }}{2}\right) 입니다. 이 값을 작은 각 추정값 T≈2πLgT\approx 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}} 과 비교하세요.

영어 원문 보기

Use the approximation T≈2πLg(1+k24)T\approx 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}}\left(1+\frac{{k}^{2}}{4}\right) to approximate the period of a pendulum having length 1010 meters and maximum angle θmax⁡=π6{\theta }_{\max }=\frac{\pi }{6} where k=sin⁡(θmax⁡2).k=\sin \left(\frac{{\theta }_{\max }}{2}\right). Compare this with the small angle estimate T≈2πLg.T\approx 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}}.

정답·풀이 보기

T≈2π109.8(1+sin⁡2(θ/12)4)≈6.453T\approx 2\pi \sqrt{\frac{10}{9.8}}\left(1+\frac{{\sin }^{2}(\theta /12)}{4}\right)\approx 6.453 초이다. 작은 각 추정값은 T≈2π109.8≈6.347T\approx 2\pi \sqrt{\frac{10}{9.8}\approx 6.347} 이다. 상대오차는 약 22 퍼센트이다.

원본 교재 풀이(영어)

T≈2π109.8(1+sin⁡2(θ/12)4)≈6.453T\approx 2\pi \sqrt{\frac{10}{9.8}}\left(1+\frac{{\sin }^{2}(\theta /12)}{4}\right)\approx 6.453 seconds. The small angle estimate is T≈2π109.8≈6.347.T\approx 2\pi \sqrt{\frac{10}{9.8}\approx 6.347}. The relative error is around 22 percent.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 14번
# 테일러 급수의 활용활용자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
77.OpenStax 2권 · 6.4절 · 77번대학 수준우리말 번역

진자의 주기가 22 초이고 최대 각이 θmax⁡=π6{\theta }_{\max }=\frac{\pi }{6} 라고 합시다. T≈2πLg(1+k24)T\approx 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}}\left(1+\frac{{k}^{2}}{4}\right) 을 이용하여 진자의 원하는 길이를 어림하세요. 작은 각 추정값 T≈2πLgT\approx 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}} 로 예측되는 길이는 얼마인지 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose that a pendulum is to have a period of 22 seconds and a maximum angle of θmax⁡=π6.{\theta }_{\max }=\frac{\pi }{6}. Use T≈2πLg(1+k24)T\approx 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}}\left(1+\frac{{k}^{2}}{4}\right) to approximate the desired length of the pendulum. What length is predicted by the small angle estimate T≈2πLg?T\approx 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}}?

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 26번
# 테일러 급수의 활용활용자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
78.OpenStax 2권 · 6.4절 · 78번대학 수준우리말 번역

근삿값 T=4Lg∫0π/2(1+12k2sin⁡2θ+38k4sin⁡4θ+⋯ )dθT=4\sqrt{\frac{L}{g}}{\int }_{0}^{\pi /2}\left(1+\frac{1}{2}{k}^{2}{\sin }^{2}\theta +\frac{3}{8}{k}^{4}{\sin }^{4}\theta +\cdots \right)d\theta 에서 ∫0π/2sin⁡4θdθ{\int }_{0}^{\pi /2}{\sin }^{4}\theta d\theta 의 값을 구하여 TT 의 더 나은 추정값을 얻으세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫0π/2sin⁡4θdθ{\int }_{0}^{\pi /2}{\sin }^{4}\theta d\theta in the approximation T=4Lg∫0π/2(1+12k2sin⁡2θ+38k4sin⁡4θ+⋯ )dθT=4\sqrt{\frac{L}{g}}{\int }_{0}^{\pi /2}\left(1+\frac{1}{2}{k}^{2}{\sin }^{2}\theta +\frac{3}{8}{k}^{4}{\sin }^{4}\theta +\cdots \right)d\theta to obtain an improved estimate for T.T.

정답·풀이 보기

∫0π/2sin⁡4θdθ=3π16{\int }_{0}^{\pi /2}{\sin }^{4}\theta d\theta =\frac{3\pi }{16} 이다. 따라서 T≈2πLg(1+k24+9256k4)T\approx 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}}\left(1+\frac{{k}^{2}}{4}+\frac{9}{256}{k}^{4}\right) 이다.

원본 교재 풀이(영어)

∫0π/2sin⁡4θdθ=3π16.{\int }_{0}^{\pi /2}{\sin }^{4}\theta d\theta =\frac{3\pi }{16}. Hence T≈2πLg(1+k24+9256k4).T\approx 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}}\left(1+\frac{{k}^{2}}{4}+\frac{9}{256}{k}^{4}\right).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 28번
# 테일러 급수의 활용계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
79.OpenStax 2권 · 6.4절 · 79번대학 수준우리말 번역

[계산기 사용] 진폭이 θmax⁡{\theta }_{\max } 인 진자의 주기에 대한 동등한 공식은 T(θmax⁡)=22Lg∫0θmax⁡dθcos⁡θ−cos⁡(θmax⁡)T({\theta }_{\max })=2\sqrt{2}\sqrt{\frac{L}{g}}{\int }_{0}^{{\theta }_{\max }}\frac{d\theta }{\sqrt{\cos \theta }-\cos ({\theta }_{\max })} 이다. 여기서 LL 은 진자의 길이이고 gg 는 중력 가속도 상수이다. θmax⁡=π3{\theta }_{\max }=\frac{\pi }{3} 일 때 1cos⁡t−1/2≈2(1+t22+t43+181t6720)\frac{1}{\sqrt{\cos t-1/2}}\approx \sqrt{2}\left(1+\frac{{t}^{2}}{2}+\frac{{t}^{4}}{3}+\frac{181{t}^{6}}{720}\right) 를 얻는다. 이 근사식을 적분하여 T(π3)T\left(\frac{\pi }{3}\right) 를 LL 과 gg 로 나타내어 어림하세요. g=9.806g=9.806 미터/초² 이라 가정하고, T(π3)=2T\left(\frac{\pi }{3}\right)=2 초가 되도록 하는 길이 LL 의 근삿값을 구하세요.

영어 원문 보기

[T] An equivalent formula for the period of a pendulum with amplitude θmax⁡{\theta }_{\max } is T(θmax⁡)=22Lg∫0θmax⁡dθcos⁡θ−cos⁡(θmax⁡)T({\theta }_{\max })=2\sqrt{2}\sqrt{\frac{L}{g}}{\int }_{0}^{{\theta }_{\max }}\frac{d\theta }{\sqrt{\cos \theta }-\cos ({\theta }_{\max })} where LL is the pendulum length and gg is the gravitational acceleration constant. When θmax⁡=π3{\theta }_{\max }=\frac{\pi }{3} we get 1cos⁡t−1/2≈2(1+t22+t43+181t6720).\frac{1}{\sqrt{\cos t-1/2}}\approx \sqrt{2}\left(1+\frac{{t}^{2}}{2}+\frac{{t}^{4}}{3}+\frac{181{t}^{6}}{720}\right). Integrate this approximation to estimate T(π3)T\left(\frac{\pi }{3}\right) in terms of LL and g.g. Assuming g=9.806g=9.806 meters per second squared, find an approximate length LL such that T(π3)=2T\left(\frac{\pi }{3}\right)=2 seconds.

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 6.4절 · 48번
# 테일러 급수의 활용활용자동 분류
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