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 · 4 / 4쪽

61.CLP-1 · 3.4절 · 1번대학 수준우리말 번역

3차 매클로린 다항식이 4+3x2+12x34 + 3x^2 + \frac{1}{2}x^3 인 함수 f(x)f(x) 를 생각하세요. f′(0)f'(0) 은 얼마입니까? f′′(0)f''(0) 은 얼마입니까?

영어 원문 보기

Consider a function f(x)f(x) whose third order Maclaurin polynomial is 4+3x2+12x34 + 3x^2 + \frac{1}{2}x^3. What is f′(0)f'(0)? What is f′′(0)f''(0)?

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 의 3차 매클로린 다항식은

f(0)+f′(0)x+f′′(0)2⋅x2+f′′′(0)6⋅x3=4+3x2+12x3.\begin{aligned} f(0) + f'(0)x +\frac{f''(0)}{2}\cdot x^2 + \frac{f'''(0)}{6}\cdot x^3 &=4+3x^2+\frac{1}{2}x^3. \end{aligned}

xx 의 계수는 한쪽에서 f′(0)f'(0) 이고 다른 쪽에서 00 이므로 f′(0)=0f'(0)=0 이다.

x2x^2 의 계수는 한쪽에서 12f′′(0)\dfrac{1}{2}f''(0) 이고 다른 쪽에서 33 이므로 f′′(0)=6f''(0)=6 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The third Maclaurin polynomial for f(x)f(x) is

f(0)+f′(0)x+f′′(0)2⋅x2+f′′′(0)6⋅x3=4+3x2+12x3.\begin{aligned} f(0) + f'(0)x +\frac{f''(0)}{2}\cdot x^2 + \frac{f'''(0)}{6}\cdot x^3 &=4+3x^2+\frac{1}{2}x^3. \end{aligned}

The coefficient of xx is f′(0)f'(0) on one side, and 00 on the other, so f′(0)=0f'(0)=0.

The coefficient of x2x^2 is 12f′′(0)\dfrac{1}{2}f''(0) on one side, and 33 on the other, so f′′(0)=6f''(0)=6.

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

3차 매클로린 다항식이 1+4x−13x2+23x31+4x-\dfrac{1}{3}x^2 + \dfrac{2}{3}x^3 인 함수 h(x)h(x) 를 생각하세요. h(3)(0)h^{(3)}(0) 은 얼마입니까?

영어 원문 보기

Consider a function h(x)h(x) whose third order Maclaurin polynomial is 1+4x−13x2+23x31+4x-\dfrac{1}{3}x^2 + \dfrac{2}{3}x^3. What is h(3)(0)h^{(3)}(0)?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

h(x)h(x) 의 3차 매클로린 다항식은

h(0)+h′(0)x+h′′(0)2⋅x2+h(3)(0)3!⋅x3=1+4x−13x2+23x3\begin{aligned} h(0) + h'(0)x +\frac{h''(0)}{2}\cdot x^2 + \frac{h^{(3)}(0)}{3!}\cdot x^3 &= 1+4x-\frac{1}{3}x^2 + \frac{2}{3}x^3 \end{aligned}

이다.

x3x^3 의 계수는 한쪽에서는 13!h(3)(0)\dfrac{1}{3!}h^{(3)}(0) 이고 다른 쪽에서는 23\dfrac{2}{3} 이다. 따라서 h(3)(0)6=23 \dfrac{h^{(3)}(0)}{6}=\dfrac{2}{3} 이므로 h(3)(0)=6⋅23=4h^{(3)}(0)=6\cdot\dfrac{2}{3} = 4 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The third Maclaurin polynomial for h(x)h(x) is

h(0)+h′(0)x+h′′(0)2⋅x2+h(3)(0)3!⋅x3=1+4x−13x2+23x3\begin{aligned} h(0) + h'(0)x +\frac{h''(0)}{2}\cdot x^2 + \frac{h^{(3)}(0)}{3!}\cdot x^3 &= 1+4x-\frac{1}{3}x^2 + \frac{2}{3}x^3 \end{aligned}

The coefficient of x3x^3 is 13!h(3)(0)\dfrac{1}{3!}h^{(3)}(0) on one side, and 23\dfrac{2}{3} on the other. Thus h(3)(0)6=23 \dfrac{h^{(3)}(0)}{6}=\dfrac{2}{3}, so h(3)(0)=6⋅23=4h^{(3)}(0)=6\cdot\dfrac{2}{3} = 4.

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

x=2x=2 에서 h(x)h(x) 의 3차 테일러 다항식은 3+12(x−2)+2(x−2)33 + \dfrac{1}{2}(x-2) + 2(x-2)^3 이다.

h′(2)h'(2) 는 얼마입니까? h′′(2)h''(2) 는 얼마입니까?

영어 원문 보기

The third order Taylor polynomial of h(x)h(x) about x=2x=2 is 3+12(x−2)+2(x−2)33 + \dfrac{1}{2}(x-2) + 2(x-2)^3.

What is h′(2)h'(2)? What is h′′(2)h''(2)?

정답·풀이 보기

x=2x=2 에서 h(x)h(x) 의 3차 테일러 다항식은 h(2)+h′(2)(x−2)+h′′(2)2⋅(x−2)2+h′′′(2)6⋅(x−2)3h(2) + h'(2)(x-2) +\frac{h''(2)}{2}\cdot (x-2)^2 + \frac{h'''(2)}{6}\cdot (x-2)^3 이다. (x−2)(x-2) 의 계수는 정의에서는 h′(2)h'(2) 이고, 주어진 함수에서는 12\dfrac{1}{2} 이므로 h′(2)=12h'(2)=\dfrac{1}{2} 이다.

(x−2)2(x-2)^2 의 계수는 정의에서는  12h′′(2) ~\dfrac{1}{2}h''(2)~ 이고, 주어진 함수에서는 00 이므로 h′(2)=0h'(2)=0 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The third order Taylor polynomial for h(x)h(x) about x=2x=2 is h(2)+h′(2)(x−2)+h′′(2)2⋅(x−2)2+h′′′(2)6⋅(x−2)3h(2) + h'(2)(x-2) +\frac{h''(2)}{2}\cdot (x-2)^2 + \frac{h'''(2)}{6}\cdot (x-2)^3 The coefficient of (x−2)(x-2) is h′(2)h'(2) in the definition, and 12\dfrac{1}{2} in the given function, so h′(2)=12h'(2)=\dfrac{1}{2}.

The coefficient of (x−2)2(x-2)^2 is  12h′′(2) ~\dfrac{1}{2}h''(2)~ in the definition, and 00 in the given function, so h′(2)=0h'(2)=0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 2번
# 테일러 다항식과 오차계산기본자동 분류
64.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
65.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
66.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
67.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
68.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
69.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
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
70.CLP-1 · 3.4절 · 11번대학 수준우리말 번역

선형 근사를 이용하여 (2.001)3(2.001)^3 의 값을 어림하세요. 답을 n/1000n/1000 꼴로 나타내세요. 단, nn 은 정수입니다.

영어 원문 보기

Use a linear approximation to estimate (2.001)3(2.001)^3. Write your answer in the form n/1000n/1000 where nn is an integer.

정답·풀이 보기

f(x)=(2+x)3f(x)=(2+x)^3 이라 하면 f(0.001)f(0.001) 을 어림하는 것이다.

aa 로 가장 자연스러운 선택은 a=0a=0 이다.

그러면 f′(x)=3(2+x)2f'(x)=3(2+x)^2 이므로 (2.001)3=f(0.001)≈f(0)+f′(0)(0.001−0)=8+121000=80121000(2.001)^3=f(0.001)\approx f(0)+f'(0)(0.001-0) =8+\frac{12}{1000}=\frac{8012}{1000}

참고: f(x)=x3f(x)=x^3 과 a=2a=2 를 선택했더라도 결과는 완전히 같다.

원본 교재 풀이(영어)

Set f(x)=(2+x)3f(x)=(2+x)^3, so we are approximating f(0.001)f(0.001).

The obvious choice of aa is a=0a=0.

Then f′(x)=3(2+x)2f'(x)=3(2+x)^2, so (2.001)3=f(0.001)≈f(0)+f′(0)(0.001−0)=8+121000=80121000(2.001)^3=f(0.001)\approx f(0)+f'(0)(0.001-0) =8+\frac{12}{1000}=\frac{8012}{1000}

Remark: if we had chosen f(x)=x3f(x)=x^3 and a=2a=2, the result would have been exactly the same.

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

적절한 선형 근사를 이용하여 (8.06)2/3(8.06)^{2/3} 의 값을 어림하세요. 답은 분자와 분모가 모두 정수인 분수로 나타내세요.

영어 원문 보기

Using a suitable linear approximation, estimate (8.06)2/3(8.06)^{2/3}. Give your answer as a fraction in which both the numerator and denominator are integers.

정답·풀이 보기

f(x)=(8+x)2/3f(x)=(8+x)^{2/3} 이라 하고, 중심을 a=0a=0 으로 택한다.

그러면 f′(x)=23(8+x)−1/3f'(x)=\dfrac{2}{3}(8+x)^{-1/3} 이므로

(8.06)2/3=f(0.06)≈f(0)+f′(0)⋅0.06=82/3+238−1/3⋅0.06=832+2383⋅0.06=22+23⋅2⋅0.06=4+13⋅0.06=4.02=402100\begin{aligned} (8.06)^{2/3}=f(0.06)&\approx f(0)+f'(0)\cdot 0.06\\ &=8^{2/3}+\frac{2}{3}8^{-1/3}\cdot 0.06\\ &=\sqrt[3]{8}^2+\frac{2}{3\sqrt[3]{8}}\cdot 0.06\\ &=2^2+\frac{2}{3\cdot 2}\cdot 0.06\\ &=4+\frac{1}{3}\cdot 0.06\\&=4.02=\frac{402}{100}\end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We set f(x)=(8+x)2/3f(x)=(8+x)^{2/3}, and choose a=0a=0 as our centre.

Then f′(x)=23(8+x)−1/3f'(x)=\dfrac{2}{3}(8+x)^{-1/3}, so that

(8.06)2/3=f(0.06)≈f(0)+f′(0)⋅0.06=82/3+238−1/3⋅0.06=832+2383⋅0.06=22+23⋅2⋅0.06=4+13⋅0.06=4.02=402100\begin{aligned} (8.06)^{2/3}=f(0.06)&\approx f(0)+f'(0)\cdot 0.06\\ &=8^{2/3}+\frac{2}{3}8^{-1/3}\cdot 0.06\\ &=\sqrt[3]{8}^2+\frac{2}{3\sqrt[3]{8}}\cdot 0.06\\ &=2^2+\frac{2}{3\cdot 2}\cdot 0.06\\ &=4+\frac{1}{3}\cdot 0.06\\&=4.02=\frac{402}{100}\end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 13번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
72.CLP-1 · 3.4절 · 13번대학 수준우리말 번역

x=0x = 0 에서 f(x)=(1−3x)−1/3f(x)=(1 - 3x)^{-1/3} 의 3차 테일러 다항식을 구하세요.

영어 원문 보기

Find the third–order Taylor polynomial for f(x)=(1−3x)−1/3f(x)=(1 - 3x)^{-1/3} around x=0x = 0.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

먼저 x=0x=0 에서 ff 의 미분계수를 구한다.

f(x)=(1−3x)−1/3f(0)=1f′(x)=(−3)−13(1−3x)−4/3=(1−3x)−4/3f′(0)=1f′′(x)=(−3)−43(1−3x)−7/3=4(1−3x)−7/3f′′(0)=4f(3)(x)=(−3)(4)−73(1−3x)−10/3=28(1−3x)−10/3f(3)(0)=28\begin{aligned} f(x)&=(1 - 3x)^{-1/3} & f(0) & = 1 \\ f'(x)&=(-3)\frac{-1}{3}(1 - 3x)^{-4/3}=(1-3x)^{-4/3} & f'(0) & = 1 \\ f''(x)&=(-3)\frac{-4}{3}(1-3x)^{-7/3}={4}(1 - 3x)^{-7/3} & f''(0) & = 4 \\ f^{(3)}(x)&=(-3)(4)\frac{-7}{3}(1-3x)^{-10/3}=28(1 - 3x)^{-10/3} & f^{(3)}(0) & = 28 \\ \end{aligned}

이 값들을 테일러 다항식의 정의에 대입하면, x=0x = 0 에서 ff 의 3차 테일러 다항식은 다음과 같다.

T3(x)=1+x+42!x2+283!x3=1+x+2x2+143x3\begin{aligned} T_3(x)&=1+x+\frac{4}{2!}x^2+\frac{28}{3!}x^3\\ &=1 + x +2x^2+\frac{14}{3}x^3 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We begin by finding the derivatives of ff at x=0x=0.

f(x)=(1−3x)−1/3f(0)=1f′(x)=(−3)−13(1−3x)−4/3=(1−3x)−4/3f′(0)=1f′′(x)=(−3)−43(1−3x)−7/3=4(1−3x)−7/3f′′(0)=4f(3)(x)=(−3)(4)−73(1−3x)−10/3=28(1−3x)−10/3f(3)(0)=28\begin{aligned} f(x)&=(1 - 3x)^{-1/3} & f(0) & = 1 \\ f'(x)&=(-3)\frac{-1}{3}(1 - 3x)^{-4/3}=(1-3x)^{-4/3} & f'(0) & = 1 \\ f''(x)&=(-3)\frac{-4}{3}(1-3x)^{-7/3}={4}(1 - 3x)^{-7/3} & f''(0) & = 4 \\ f^{(3)}(x)&=(-3)(4)\frac{-7}{3}(1-3x)^{-10/3}=28(1 - 3x)^{-10/3} & f^{(3)}(0) & = 28 \\ \end{aligned}

Plugging these into the definition of a Taylor Polynomial, we find that the third–order Taylor polynomial for ff around x=0x = 0 is

T3(x)=1+x+42!x2+283!x3=1+x+2x2+143x3\begin{aligned} T_3(x)&=1+x+\frac{4}{2!}x^2+\frac{28}{3!}x^3\\ &=1 + x +2x^2+\frac{14}{3}x^3 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 3번
# 테일러 다항식과 오차계산보통자동 분류
73.CLP-1 · 3.4절 · 18번대학 수준우리말 번역

f(x)f(x) 의 4차 매클로린 다항식이 T4(x)=5x2−9T_4(x)=5x^2-9 이다. f(x)f(x) 의 3차 매클로린 다항식은 무엇인가요?

영어 원문 보기

The 4th order Maclaurin polynomial for f(x)f(x) is T4(x)=5x2−9T_4(x)=5x^2-9 What is the third order Maclaurin polynomial for f(x)f(x)?

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 의 4차 매클로린 다항식은

T4(x)=f(0)+f′(0)x+12f′′(0)x2+13!f′′′(0)x3+14!f(4)(0)x4한편 f(x) 의 3차 매클로린 다항식은T3(x)=f(0)+f′(0)x+12f′′(0)x2+13!f′′′(0)x3따라서 T4(x) 에서 x4 을 포함한 부분을 그냥 “잘라 내면" 된다. 이 경우 그 부분이 이미 0이므로 T3(x)=T4(x) 이다.T3(x)=5x2−9\begin{aligned} T_4(x)&=f(0)+f'(0)x+\frac{1}{2}f''(0)x^2+\frac{1}{3!}f'''(0)x^3+\frac{1}{4!}f^{(4)}(0)x^4 \\ \text{한편 $f(x)$ 의 3차 매클로린 다항식은} \\ T_3(x)&=f(0)+f'(0)x+\frac{1}{2}f''(0)x^2+\frac{1}{3!}f'''(0)x^3 \\ \text{따라서 $T_4(x)$ 에서 $x^4$ 을 포함한 부분을 그냥 ``잘라 내면" 된다. 이 경우 그 부분이 이미 0이므로 $T_3(x)=T_4(x)$ 이다.} \\ T_3(x)&=5x^2-9 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The fourth order Maclaurin polynomial for f(x)f(x) is

T4(x)=f(0)+f′(0)x+12f′′(0)x2+13!f′′′(0)x3+14!f(4)(0)x4while the third order Maclaurin polynomial for f(x) isT3(x)=f(0)+f′(0)x+12f′′(0)x2+13!f′′′(0)x3So, we simply “chop off" the part of T4(x) that includes x4. Since that’s already 0, in this case T3(x)=T4(x).T3(x)=5x2−9\begin{aligned} T_4(x)&=f(0)+f'(0)x+\frac{1}{2}f''(0)x^2+\frac{1}{3!}f'''(0)x^3+\frac{1}{4!}f^{(4)}(0)x^4 \\ \text{while the third order Maclaurin polynomial for $f(x)$ is} \\ T_3(x)&=f(0)+f'(0)x+\frac{1}{2}f''(0)x^2+\frac{1}{3!}f'''(0)x^3 \\ \text{So, we simply ``chop off" the part of $T_4(x)$ that includes $x^4$. Since that's already 0, in this case $T_3(x)=T_4(x)$.} \\ T_3(x)&=5x^2-9 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 6번
# 테일러 다항식과 오차계산도전자동 분류
74.CLP-1 · 3.4절 · 21번대학 수준우리말 번역

log⁡10≈2.30259\log 10\approx 2.30259 임이 주어졌을 때, 적절한 접선 근사를 이용하여 log⁡10.3\log 10.3 을 어림하세요. 적절한 오차 추정을 이용하여 근삿값의 오차의 상한과 하한을 구하세요.

영어 원문 보기

Given that log⁡10≈2.30259\log 10\approx 2.30259, estimate log⁡10.3\log 10.3 using a suitable tangent line approximation. Give an upper and lower bound for the error in your approximation by using a suitable error estimate.

정답·풀이 보기

f(x)=log⁡xf(x)=\log x, x0=10x_0=10 이라 하자. 그러면

f(x)=log⁡xf′(x)=1xf′′(x)=−1x2f(10)=log⁡10≈2.30259f′(10)=110f′′(10)=−1100\begin{aligned} f(x)&=\log x & f'(x)&=\frac{1}{x} & f''(x)&=-\frac{1}{x^2} \\ f(10)&=\log 10\approx 2.30259 & f'(10)&=\frac{1}{10} & f''(10)&=-\frac{1}{100} \end{aligned}

이므로 x=10.3x=10.3 일 때, log⁡10.3=f(10.3)≈f(10)+f′(10)(10.3−10)=2.30259+0.310=2.33259\log 10.3=f(10.3)\approx f(10)+f'(10)(10.3-10) =2.30259+\frac{0.3}{10} =2.33259 이 근삿값의 오차(주어진 자료 log⁡10≈2.30259\log 10\approx 2.30259 의 오차는 제외)는 1010 과 10.310.3 사이의 어떤 zz 에 대해 12f′′(z)(10.3−10)2\dfrac{1}{2} f''(z)(10.3-10)^2 이다. f′′(z)=−1z2f''(z)=-\dfrac{1}{z^2} 은 zz 가 증가하면 증가하므로, 그 값은 −1102-\dfrac{1}{10^2} 과 −110.32-\dfrac{1}{10.3^2} 사이에 있어야 한다. 따라서 12f′′(z)(10.3−10)2\dfrac{1}{2} f''(z)(10.3-10)^2 은 −12⋅1102(0.3)2=−0.00045-\dfrac{1}{2}\cdot \dfrac{1}{10^2}(0.3)^2=-0.00045 와 −12⋅110.32(0.3)2<−0.00042-\dfrac{1}{2}\cdot \dfrac{1}{10.3^2}(0.3)^2<-0.00042 사이에 있다.

원본 교재 풀이(영어)

Let f(x)=log⁡xf(x)=\log x and x0=10x_0=10. Then

f(x)=log⁡xf′(x)=1xf′′(x)=−1x2f(10)=log⁡10≈2.30259f′(10)=110f′′(10)=−1100\begin{aligned} f(x)&=\log x & f'(x)&=\frac{1}{x} & f''(x)&=-\frac{1}{x^2} \\ f(10)&=\log 10\approx 2.30259 & f'(10)&=\frac{1}{10} & f''(10)&=-\frac{1}{100} \end{aligned}

so that, with x=10.3x=10.3, log⁡10.3=f(10.3)≈f(10)+f′(10)(10.3−10)=2.30259+0.310=2.33259\log 10.3=f(10.3)\approx f(10)+f'(10)(10.3-10) =2.30259+\frac{0.3}{10} =2.33259 The error in this approximation (excluding the error in the given data log⁡10≈2.30259\log 10\approx 2.30259) is 12f′′(z)(10.3−10)2\dfrac{1}{2} f''(z)(10.3-10)^2 for some zz between 1010 and 10.310.3. Because f′′(z)=−1z2f''(z)=-\dfrac{1}{z^2} increases as zz increases, it must be between −1102-\dfrac{1}{10^2} and −110.32-\dfrac{1}{10.3^2}. This forces 12f′′(z)(10.3−10)2\dfrac{1}{2} f''(z)(10.3-10)^2 to be between −12⋅1102(0.3)2=−0.00045-\dfrac{1}{2}\cdot \dfrac{1}{10^2}(0.3)^2=-0.00045 and −12⋅110.32(0.3)2<−0.00042-\dfrac{1}{2}\cdot \dfrac{1}{10.3^2}(0.3)^2<-0.00042.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.4절 · 1번
# 테일러 다항식과 오차계산도전자동 분류