문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 급수 심화

테일러 다항식과 오차

테일러 다항식으로 함수를 근사하고 나머지항으로 오차를 어림한다

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

74문제 · 2 / 4쪽

21.APEX · 8.7절 · 25번대학 수준우리말 번역

연습문제 25–28은 pn(x)p_n(x) 가 f(x)f(x) 를 일정한 정확도 범위 안에서 근사하도록 하는 nn 을 구하라는 문제이다.

f(x)=exf(x)= e^x 의 nn차 매클로린 다항식이 ee 의 실제 값과 0.00010.0001 이내로 근사하도록 하는 nn 을 구하세요.

영어 원문 보기

Exercises 25–28 ask for an nn to be found such that pn(x)p_n(x) approximates f(x)f(x) within a certain bound of accuracy.

Find nn such that the Maclaurin polynomial of degree nn of f(x)=exf(x)= e^x approximates ee within 0.00010.0001 of the actual value.

정답·풀이 보기

f(x)=exf(x)=e^x 의 nthn^\text{th} 도함수는 00 과 1을 포함하는 구간에서 33 으로 유계이다. 따라서 ∣Rn(1)∣≤3(n+1)!1(n+1)|R_n(1)|\leq \frac{3}{(n+1)!}1^{(n+1)} 이다. n=7n=7 일 때, 이 값은 0.00010.0001 보다 작다.

원본 교재 풀이(영어)

The nthn^\text{th} derivative of f(x)=exf(x)=e^x is bounded by 33 on intervals containing 00 and 1. Thus ∣Rn(1)∣≤3(n+1)!1(n+1)|R_n(1)|\leq \frac{3}{(n+1)!}1^{(n+1)}. When n=7n=7, this is less than 0.00010.0001.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 3번
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22.APEX · 8.7절 · 26번대학 수준우리말 번역

연습문제 25–28은 pn(x)p_n(x) 가 f(x)f(x) 를 일정한 정확도 범위 이내로 근사하도록 하는 nn 을 구하는 문제입니다.

x=4x=4 를 중심으로 하는 f(x)=xf(x)= \sqrt x 의 nn차 테일러 다항식이 3\sqrt 3 을 실제 값과 0.00010.0001 이내의 오차로 근사하도록 하는 nn 을 구하세요.

영어 원문 보기

Exercises 25–28 ask for an nn to be found such that pn(x)p_n(x) approximates f(x)f(x) within a certain bound of accuracy.

Find nn such that the Taylor polynomial of degree nn of f(x)=xf(x)= \sqrt x, centered at x=4x=4, approximates 3\sqrt 3 within 0.00010.0001 of the actual value.

정답·풀이 보기

f(x)=xf(x)=\sqrt x 의 nthn^\text{th} 도함수는 33 과 44 를 포함하는 구간에서 0.10.1 로 유계이다. 따라서 ∣Rn(π)∣≤0.1(n+1)!(1)(n+1)|R_n(\pi)|\leq \frac{0.1}{(n+1)!}(1)^{(n+1)} 이다. n=4n=4 일 때 이 값은 0.00010.0001 보다 작다.

원본 교재 풀이(영어)

The nthn^\text{th} derivative of f(x)=xf(x)=\sqrt x is bounded by 0.10.1 on intervals containing 33 and 44. Thus ∣Rn(π)∣≤0.1(n+1)!(1)(n+1)|R_n(\pi)|\leq \frac{0.1}{(n+1)!}(1)^{(n+1)}. When n=4n=4, this is less than 0.00010.0001.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 9번
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23.APEX · 8.7절 · 27번대학 수준우리말 번역

연습문제 25–28은 pn(x)p_n(x) 가 f(x)f(x) 를 어느 정확도 범위 안에서 근사하도록 하는 nn 을 구하는 문제이다.

f(x)=cos⁡xf(x)= \cos x 의 nn 차 매클로린 다항식이 cos⁡π/3\cos \pi/3 의 실제 값과 0.00010.0001 이내로 근사하도록 하는 nn 을 구하세요.

영어 원문 보기

Exercises 25–28 ask for an nn to be found such that pn(x)p_n(x) approximates f(x)f(x) within a certain bound of accuracy.

Find nn such that the Maclaurin polynomial of degree nn of f(x)=cos⁡xf(x)= \cos x approximates cos⁡π/3\cos \pi/3 within 0.00010.0001 of the actual value.

정답·풀이 보기

f(x)=cos⁡xf(x)=\cos x 의 nthn^\text{th} 도함수는 0과 π/3\pi/3 을 포함하는 구간에서 1로 유계이다. 따라서 ∣Rn(π/3)∣≤1(n+1)!(π/3)(n+1)|R_n(\pi/3)|\leq \frac{1}{(n+1)!}(\pi/3)^{(n+1)} 이다. n=7n=7 일 때 이 값은 0.00010.0001 보다 작다. cos⁡x\cos x 의 매클로린 다항식은 짝수 차수의 항만 사용하므로, 실제로는 n=6n=6 을 사용해도 된다.

원본 교재 풀이(영어)

The nthn^\text{th} derivative of f(x)=cos⁡xf(x)=\cos x is bounded by 11 on intervals containing 00 and π/3\pi/3. Thus ∣Rn(π/3)∣≤1(n+1)!(π/3)(n+1)|R_n(\pi/3)|\leq \frac{1}{(n+1)!}(\pi/3)^{(n+1)}. When n=7n=7, this is less than 0.00010.0001. Since the Maclaurin polynomial of cos⁡x\cos x only uses even powers, we can actually just use n=6n=6.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 1번
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24.APEX · 8.7절 · 28번대학 수준우리말 번역

연습문제 25–28은 pn(x)p_n(x) 이 f(x)f(x) 를 어떤 정확도 한계 이내로 근사하도록 하는 nn 을 구하라는 문제이다.

f(x)=sin⁡xf(x)= \sin x 의 nn차 매클로린 다항식이 cos⁡π\cos \pi 의 실제 값과 0.00010.0001 이내로 근사하도록 하는 nn 을 구하세요.

영어 원문 보기

Exercises 25–28 ask for an nn to be found such that pn(x)p_n(x) approximates f(x)f(x) within a certain bound of accuracy.

Find nn such that the Maclaurin polynomial of degree nn of f(x)=sin⁡xf(x)= \sin x approximates cos⁡π\cos \pi within 0.00010.0001 of the actual value.

정답·풀이 보기

f(x)=sin⁡xf(x)=\sin x 의 nthn^\text{th} 도함수는 00 과 π\pi 를 포함하는 구간에서 11 로 유계이다. 따라서 ∣Rn(π)∣≤1(n+1)!(π)(n+1)|R_n(\pi)|\leq \frac{1}{(n+1)!}(\pi)^{(n+1)} 이다. n=12n=12 일 때 이 값은 0.00010.0001 보다 작다. sin⁡x\sin x 의 매클로린 다항식은 홀수 차수의 거듭제곱만 사용하므로, 실제로는 n=11n=11 을 써도 된다.

원본 교재 풀이(영어)

The nthn^\text{th} derivative of f(x)=sin⁡xf(x)=\sin x is bounded by 11 on intervals containing 00 and π\pi. Thus ∣Rn(π)∣≤1(n+1)!(π)(n+1)|R_n(\pi)|\leq \frac{1}{(n+1)!}(\pi)^{(n+1)}. When n=12n=12, this is less than 0.00010.0001. Since the Maclaurin polynomial of sin⁡x\sin x only uses odd powers, we can actually just use n=11n=11.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 2번
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25.APEX · 8.7절 · 29번대학 수준우리말 번역

연습문제 29–34에서 주어진 테일러 다항식의 nthn^\text{th} 항을 구하세요.

f(x)=exf(x)=e^x 의 매클로린 다항식의 nthn^\text{th} 항에 대한 식을 구하세요.

영어 원문 보기

In Exercises 29–34, find the nthn^\text{th} term of the indicated Taylor polynomial.

Find a formula for the nthn^\text{th} term of the Maclaurin polynomial for f(x)=exf(x)=e^x.

정답·풀이 보기

nthn^\text{th} 항은 1n!xn\frac{1}{n!}x^n 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The nthn^\text{th} term is 1n!xn\frac{1}{n!}x^n.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 1번
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26.APEX · 8.7절 · 30번대학 수준우리말 번역

연습문제 29–34에서 주어진 테일러 다항식의 nthn^\text{th} 항을 구하세요.

f(x)=cos⁡xf(x)=\cos x 에 대한 매클로린 다항식의 nthn^\text{th} 항의 공식을 구하세요.

영어 원문 보기

In Exercises 29–34, find the nthn^\text{th} term of the indicated Taylor polynomial.

Find a formula for the nthn^\text{th} term of the Maclaurin polynomial for f(x)=cos⁡xf(x)=\cos x.

정답·풀이 보기

nthn^\text{th} 항은 다음과 같다: nn 이 짝수일 때 (−1)n/2n!xn\frac{(-1)^{n/2}}{n!}x^n 이고, nn 이 홀수일 때 00 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The nthn^\text{th} term is: when nn is even, (−1)n/2n!xn\frac{(-1)^{n/2}}{n!}x^n; when nn is odd, 00.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 10번
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27.APEX · 8.7절 · 31번대학 수준우리말 번역

연습문제 29–34에서, 주어진 테일러 다항식의 nthn^\text{th} 항을 구하세요.

f(x)=sin⁡xf(x)=\sin x 의 매클로린 다항식의 nthn^\text{th} 항에 대한 공식을 구하세요.

영어 원문 보기

In Exercises 29–34, find the nthn^\text{th} term of the indicated Taylor polynomial.

Find a formula for the nthn^\text{th} term of the Maclaurin polynomial for f(x)=sin⁡xf(x)=\sin x.

정답·풀이 보기

nthn^\text{th} 항은 다음과 같다: nn 이 짝수일 때 0, nn 이 홀수일 때 (−1)(n−1)/2n!xn\frac{(-1)^{(n-1)/2}}{n!}x^n 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The nthn^\text{th} term is: when nn even, 0; when nn is odd, (−1)(n−1)/2n!xn\frac{(-1)^{(n-1)/2}}{n!}x^n.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 3번
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28.APEX · 8.7절 · 32번대학 수준우리말 번역

연습문제 29–34에서 주어진 테일러 다항식의 nthn^\text{th} 항을 구하세요.

f(x)=11−x\displaystyle f(x)=\frac{1}{1-x} 의 매클로린 다항식에서 nthn^\text{th} 항에 대한 공식을 구하세요.

영어 원문 보기

In Exercises 29–34, find the nthn^\text{th} term of the indicated Taylor polynomial.

Find a formula for the nthn^\text{th} term of the Maclaurin polynomial for f(x)=11−x\displaystyle f(x)=\frac{1}{1-x}.

정답·풀이 보기

nthn^\text{th} 항은 xnx^n 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The nthn^\text{th} term is xnx^n.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 6번
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29.APEX · 8.7절 · 33번대학 수준우리말 번역

연습문제 29–34에서 주어진 테일러 다항식의 nthn^\text{th} 항을 구하세요.

f(x)=11+x\displaystyle f(x)=\frac{1}{1+x} 의 매클로린 다항식의 nthn^\text{th} 항에 대한 공식을 구하세요.

영어 원문 보기

In Exercises 29–34, find the nthn^\text{th} term of the indicated Taylor polynomial.

Find a formula for the nthn^\text{th} term of the Maclaurin polynomial for f(x)=11+x\displaystyle f(x)=\frac{1}{1+x}.

정답·풀이 보기

nthn^\text{th} 항은 (−1)nxn(-1)^nx^n 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The nthn^\text{th} term is (−1)nxn(-1)^nx^n.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 1번
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30.APEX · 8.7절 · 34번대학 수준우리말 번역

연습문제 29–34에서, 주어진 테일러 다항식의 nthn^\text{th} 항을 구하세요.

x=1x=1 에서의 f(x)=ln⁡x\displaystyle f(x)=\ln x 의 테일러 다항식의 nthn^\text{th} 항에 대한 식을 구하세요.

영어 원문 보기

In Exercises 29–34, find the nthn^\text{th} term of the indicated Taylor polynomial.

Find a formula for the nthn^\text{th} term of the Taylor polynomial for f(x)=ln⁡x\displaystyle f(x)=\ln x centered at x=1x=1.

정답·풀이 보기

nthn^\text{th} 항은 (−1)n(x−1)nn(-1)^n\frac{(x-1)^n}{n} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The nthn^\text{th} term is (−1)n(x−1)nn(-1)^n\frac{(x-1)^n}{n}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 5번
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31.APEX · 8.7절 · 35번대학 수준우리말 번역

연습문제 35–37에서 주어진 미분방정식의 해를 4차 매클로린 다항식으로 어림하세요.

y′=yy'=y, y(0)=1y(0) = 1

영어 원문 보기

In Exercises 35–37, approximate the solution to the given differential equation with a degree 4 Maclaurin polynomial.

y′=yy'=y, y(0)=1y(0) = 1

정답·풀이 보기

1+x+12x2+16x3+124x4\displaystyle 1+x+\frac12x^2+\frac16x^3+\frac1{24}x^4

원본 교재 풀이(영어)

1+x+12x2+16x3+124x4\displaystyle 1+x+\frac12x^2+\frac16x^3+\frac1{24}x^4

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 3번
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32.APEX · 8.7절 · 36번대학 수준우리말 번역

연습문제 35–37에서 주어진 미분방정식의 해를 4차 매클로린 다항식으로 어림하세요.

y′=5yy'=5y, y(0)=3y(0) = 3

영어 원문 보기

In Exercises 35–37, approximate the solution to the given differential equation with a degree 4 Maclaurin polynomial.

y′=5yy'=5y, y(0)=3y(0) = 3

정답·풀이 보기

3+15x+752x2+3756x3+187524x4\displaystyle 3+15x+\frac{75}{2}x^2+\frac{375}{6}x^3+\frac{1875}{24}x^4

원본 교재 풀이(영어)

3+15x+752x2+3756x3+187524x4\displaystyle 3+15x+\frac{75}{2}x^2+\frac{375}{6}x^3+\frac{1875}{24}x^4

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 11번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
33.APEX · 8.7절 · 37번대학 수준우리말 번역

연습문제 35–37에서 주어진 미분방정식의 해를 4차 매클로린 다항식으로 어림하세요.

y′=2y\displaystyle y'=\frac2y, y(0)=1y(0) = 1

영어 원문 보기

In Exercises 35–37, approximate the solution to the given differential equation with a degree 4 Maclaurin polynomial.

y′=2y\displaystyle y'=\frac2y, y(0)=1y(0) = 1

정답·풀이 보기

1+2x−2x2+4x3−10x4\displaystyle 1+2x-2x^2+4x^3-10x^4

원본 교재 풀이(영어)

1+2x−2x2+4x3−10x4\displaystyle 1+2x-2x^2+4x^3-10x^4

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 5번
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34.CLP-1 · 3.4절 · 1번대학 수준우리말 번역

함수 f(x)f(x) 의 x=3x=3 에서의 이차근사는 다음과 같다. f(x)≈−x2+6xf(x) \approx -x^2+6x f(3)f(3), f′(3)f'(3), f′′(3)f''(3), f′′′(3)f'''(3) 의 값을 각각 구하세요.

영어 원문 보기

The quadratic approximation of a function f(x)f(x) about x=3x=3 is f(x)≈−x2+6xf(x) \approx -x^2+6x What are the values of f(3)f(3), f′(3)f'(3), f′′(3)f''(3), and f′′′(3)f'''(3)?

정답·풀이 보기

Q(x)Q(x) 가 33 에서 ff 의 이차근사이면 Q(3)=f(3)Q(3)=f(3), Q′(3)=f′(3)Q'(3)=f'(3), Q′′(3)=f′′(3)Q''(3)=f''(3) 이다. 그러나 f(x)f(x) 와 Q(x)Q(x) 의 3계 도함수가 같다는 보장은 없으므로, f′′′(3)f'''(3) 을 알기에는 정보가 충분하지 않다.

f(3)=−32+6(3)=9f′(3)=ddx{−x2+6x}∣x=3=−2x+6∣x=3=0f′′(3)=d2dx2{−x2+6x}∣x=3=ddx{−2x+6}∣x=3=−2\begin{aligned} f(3)&=-3^2+6(3)=9\\ f'(3)&=\left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{-x^2+6x\right\}\right|_{x=3}=\left.-2x+6\right|_{x=3}=0\\ f''(3)&=\left.\frac{\mathrm{d}^2}{\mathrm{d}{x}^2}\left\{-x^2+6x\right\}\right|_{x=3}= \left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{-2x+6\right\}\right|_{x=3}=-2 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

If Q(x)Q(x) is the quadratic approximation of ff about 33, then Q(3)=f(3)Q(3)=f(3), Q′(3)=f′(3)Q'(3)=f'(3), and Q′′(3)=f′′(3)Q''(3)=f''(3). There is no guarantee that f(x)f(x) and Q(x)Q(x) share the same third derivative, though, so we do not have enough information to know f′′′(3)f'''(3).

f(3)=−32+6(3)=9f′(3)=ddx{−x2+6x}∣x=3=−2x+6∣x=3=0f′′(3)=d2dx2{−x2+6x}∣x=3=ddx{−2x+6}∣x=3=−2\begin{aligned} f(3)&=-3^2+6(3)=9\\ f'(3)&=\left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{-x^2+6x\right\}\right|_{x=3}=\left.-2x+6\right|_{x=3}=0\\ f''(3)&=\left.\frac{\mathrm{d}^2}{\mathrm{d}{x}^2}\left\{-x^2+6x\right\}\right|_{x=3}= \left.\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{-2x+6\right\}\right|_{x=3}=-2 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 6번
# 테일러 다항식과 오차계산기본자동 분류
35.CLP-1 · 3.4절 · 2번대학 수준우리말 번역

f(x)=2x+5f(x)=2x+5 의 x=ax=a 에서의 이차근사를 구하세요.

영어 원문 보기

Give a quadratic approximation of f(x)=2x+5f(x)=2x+5 about x=ax=a.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

f(x)f(x) 의 x=ax=a 에서의 이차근사는 다음과 같다.

f(x)≈f(a)+f′(a)(x−a)+12f′′(a)(x−a)2f(a)=2a+5, f′(a)=2, f′′(a)=0 을 대입하면:f(x)≈(2a+5)+2(x−a)=2x+5\begin{aligned} f(x) &\approx f(a)+f'(a)(x-a)+\frac{1}{2}f''(a)(x-a)^2 \\ \text{$f(a)=2a+5$, $f'(a)=2$, $f''(a)=0$ 을 대입하면:} \\ f(x) &\approx (2a+5)+2(x-a)=2x+5 \end{aligned}

따라서 구하는 근사는 f(x)≈2x+5f(x) \approx 2x+5 이다.

참고: 이 근사는 xx 의 모든 값에 대해 정확하다. 이차함수, 일차함수, 상수함수의 이차근사는 항상 이렇게 된다.

원본 교재 풀이(영어)

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

f(x)≈f(a)+f′(a)(x−a)+12f′′(a)(x−a)2We subsitute f(a)=2a+5, f′(a)=2, and f′′(a)=0:f(x)≈(2a+5)+2(x−a)=2x+5\begin{aligned} f(x) &\approx f(a)+f'(a)(x-a)+\frac{1}{2}f''(a)(x-a)^2 \\ \text{We subsitute $f(a)=2a+5$, $f'(a)=2$, and $f''(a)=0$:} \\ f(x) &\approx (2a+5)+2(x-a)=2x+5 \end{aligned}

So, our approximation is f(x)≈2x+5f(x) \approx 2x+5.

Remark: Our approximation is exact for every value of xx. This will always happen with a quadratic approximation of a function that is quadratic, linear, or constant.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 3번
# 테일러 다항식과 오차계산기본자동 분류
36.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
37.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
38.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
39.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
40.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