1

연습문제 3.1

1. 다음 함수의 역도함수를 하나 구하여라.

(a)√x+

1√x

(b)x3 + 3x+ 4

x2

(c) sin kx

(d) sec2 kx

(e) e2x

(f) e−2x + 2x

Answer (a) 23x

3/2 + 2√x

(b) x2

2 + 3 log |x| − 4x

(c) − 1k cos kx

(d) 1k tan kx

(e) 12e

2x

(f) − 12e−2x + x2

2. 다음 부정적분을 구하여라.

(a)

∫ (√x+

1√x

)dx

(b)

∫x3 + 3x+ 4

x2dx

(c)

∫sin kx dx

(d)

∫sec2 kx dx

(e)

∫e2x dx

(f)

∫(e−2x + 2x) dx

Answer (a) 23x

3/2 + 2√x+ C

(b) x2

2 + 3 log |x| − 4x + C

(c) − 1k cos kx+ C

(d) 1k tan kx+ C

(e) 12e

2x + C

(f) − 12e−2x + x2 + C

3. 다음 식이 성립함을 미분을 이용하여 보여라.

(a)

∫x√

x2 + 1dx =

√x2 + 1 + C

(b)

∫(3x− 2)−2 dx = − 1

3(3x− 2)+ C

(c)

∫x cosx dx = x sinx+ cosx+ C

(d)

∫e√x

√xdx = 2e

√x + C

(e)

∫(1− x)e−x dx = xe−x + C

(f)

∫2xex

2

dx = ex2

+ C

(g)

∫2 log x

xdx = (log x)2 + C

(h)

∫(log x+ 1) dx = x log x+ C

Answer 오른쪽 함수를 미분하면 왼쪽 부정적분의 피적분함수가 됨을 보인다.

2

4. 다음 부정적분을 구하여라.

(a)

∫(√s+ 3√s) ds

(b)

∫ (4 cos

x

2

)dx

(c)

∫(e2x + e−x) dx

(d)

∫(√e)x dx

(e)

∫22x dx

(f)

∫(√

2)x dx

(g)

∫x4

x2 + 1dx−

∫1

x2 + 1dx

(h)

∫(cosx+ 1)2 dx+

∫(sinx− 1)2 dx

Answer (a) 23s

3/2 + 34s

4/3 + C

(b) 8 sin x2 + C

(c) 12e

2x − e−x + C

(d) 2e12x + C

(e) 22x

2 log 2 + C

(f) 2log 22x/2 + C

(g) 13x

3 − x+ C

(h) 3x+ 2 sinx+ 2 cosx+ C

5. 함수 f가 다음 조건을 만족할 때 f를 구하여라.

(a) f ′(x) =√x− 3x2, f(1) = 7

(b) f ′(x) = cosx+ sinx, f(0) = 2

(c) f ′(x) = 4e2x + 1, f(1) = 3

(d) f ′(x) = 3x2 +1

x, x > 0, f(1) = 3

(e) f ′′(x) = 6x+ 12x3, f(0) = 3, f ′(0) = 2

(f) f ′′(x) = 2x− 4

x2, f(1) = 2, f ′(1) = 3

(g) f ′′(x) = cosx+ sinx, f(0) = 2, f ′(0) = 4

(h) f ′′(x) = ex/2 + e−x, f(0) = 2, f ′(0) = 1

Answer (a) f(x) = 23x

3/2 − x3 + 223

(b) f(x) = sinx− cosx+ 3

(c) f(x) = tanx+ x− 1

(d) f(x) = x3 + log x+ 2

(e) f(x) = x3 + 35x

5 + 2x+ 3

(f) f(x) = 13x

3 + 4 log |x| − 2x+ 113

(g) f(x) = − cosx− sinx+ 5x+ 3

(h) f(x) = 4ex/2 + e−x − 3

6. 연속함수 y = f(x)가 다음 식을 만족할 때 함수 f(x)를 구하여라.

(a)

∫xf(x) dx = x4 − 3x2 + C

(b)

∫f(x)

xdx = x2 + 2

√x+ C

(c)

∫f(2x) dx = e2x + e−2x + C

(d)

∫f(√x) dx = x2 − 2

√x+ C, x ≥ 0

Answer

3

f(x) = 4x2 − 6

(a)(b) f(x) = 2x2 +√x

(c) f(x) = 2(ex − e−x)

(d) f(x) = 2x2 − 1x

7. y = f(x)는 미분가능한 함수이고 F (x)는 f(x)의 역도함수라고 한다. 모든 x에 대하여

F (x) = xf(x)가 성립하면 f(x) 는 상수함수임을 보여라.

Answer 모든 x에 대하여 F ′(x) = (xf(x))′ ⇒ f(x) = f(x) + xf ′(x)이므로 x 6= 0이면 f ′(x) = 0

이다. y = f(x) 는 연속함수이므로 f(x)는 상수함수이다.

8. F (x)는 미분가능한 함수 f(x)의 역도함수이고 다음 관계식이 성립한다.

F (x) = xf(x) + x4 − 3x2 + 4

f(0) = 3일 때 f(x)를 구하여라.

Answer f(x) = 6x− 43x

3 + 3

4

연습문제 3.2

1. 주어진 치환을 이용하여 부정적분을 구하여라.

(a)

∫sin 2x dx, u = 2x

(b)

∫x cos(x2) dx, u = x2

(c)

∫12(3x− 2)−3 dx, u = 3x− 2

(d)

∫6x2(x3 + 1)2 dx, u = x3 + 1

(e)

∫1√

2− 7tdt, u = 2− 7t

(f)

∫3t2√

1− 9t3dt, u = 1− 9t3

(g)

∫ √t sin√t3 dt, u =

√t3

(h)

∫1√x

(1 +√x)2 dx, u = 1 +

√x

(i)

∫1

x2sec2

1

xdx, u =

1

x

(j)

∫1

x2e1x

dx, u =1

x

(k)

∫(log x)2

xdx, u = log x

Answer (a) − 12 cos 2x+ C

(b) 12 sin(x2) + C

(c) −2 (3x− 2)−2

+ C

(d) 23 (x3 + 1)3 + C

(e) − 27

√2− 7t+ C

(f) − 29

√1− 9t3 + C

(g) − 23 cos(

√t3) + C

(h) 23 (1 +

√x)3 + C

(i) − tan 1x + C

(j) e−1x + C

(k) 13 (log x)3 + C

2. (log |f(x)|)′ = f ′(x)f(x)임을 이용하여 다음 부정적분을 구하여라.

(a)

∫x2

x3 + 1dx (b)

∫e−t

2e−t + 1dt (c)

∫cot t dt

Answer (a) 13 log |x3 + 1|+ C (b) − 1

2 log(2e−t + 1) + C (c) log | sin t|+ C

3. 부분적분법을 이용하여 다음 부정적분을 구하여라.

(a)

∫x sin 2x dx (b)

∫x

exdx

5

(c)

∫e−x cosx dx

(d)

∫x sec2 x dx

(e)

∫log x

x2dx

(f)

∫log x√xdx

Answer (a) 14 sin 2x− 1

2x cos 2x+ C

(b) −xe−x − e−x + C

(c) − 12e−x cosx+ 1

2e−x sinx+ C

(d) x tanx+ log | cosx|+ C

(e) − log xx −

1x + C

(f) 2√x log x− 4

√x+ C

4. 다음 부정적분을 구하여라.

(a)

∫x√x− 2 dx

(b)

∫x2√x3 + 2 dx

(c)

∫sin√x√

xdx

(d)

∫1

x√

log xdx

(e)

∫3 + 2x√

1 + 3x+ x2dx

(f)

∫ex

ex + 1dx

Answer (a) 2(x−2)3/2(4+3x)15 + C

(b) 29 (x3 + 2)3/2 + C

(c) −2 cos√x+ C

(d) 2√

log x+ C

(e) 2√

1 + 3x+ x2 + C

(f) log(ex + 1) + C

5. 다음 부정적분을 구하여라.

(a)

∫(log x)2 dx

(b)

∫ √t log t dt

(c)

∫cos(log t) dt

(d)

∫sin√x dx

(e)

∫e√x dx

(f)

∫x3ex

2

dx

Answer (a) x(log x)2 − 2x log x+ 2x+ C

(b) t3/2(

23 log t− 4

9

)+ C

(c) 12 t(cos(log t) + sin(log t)) + C

(d) 2(sin√x−√x cos

√x) + C

(e) 2e√x(√x− 1) + C

(f) 12ex2

(x2 − 1) + C

6. 자연수 n에 대하여 다음 식이 성립함을 보여라.∫xne−x dx = −xne−x + n

∫xn−1e−x dx

7. 부분적분을 이용하여 다음 식이 성립함을 보여라.∫f(x) dx = xf(x)−

∫xf ′(x) dx

6

연습문제 3.3

1. 다음의 미분방정식을 변수분리법을 이용해서 풀어라.

(a) y′ =t2

y

(b) ty′ = 4y

(c) y′ = y sin t

(d) (1− t2)y′ = 2y

(e)√ty′ = ey+

√t

(f) y′ =e2t−y

et+y

(g) y′ = 1 + t+ y + ty

Answer (a)1

2y2 =

1

3t3 + C

(b) y = Ct4

(c) y = Ce− cos t

(d) y = C1 + t

1− t

(e) e−y + 2e√t = C

(f) y =1

2log(

2et + C)

(g) log |1 + y| = t+1

2t2 + C

2. 다음 초기값문제를 풀어라. 단, 양함수 꼴로 쓸 수 있는 경우는 양함수 꼴로 나타내어라.

(a) y′ = yet, y(0) = 2e

(b) 2yy′ =t√

t2 − 16, y(5) = 2

(c) y′ = 6e2t−y, y(0) = log 5

(d) y′ =1− 2t

y, y(1) = −2

(e) y′ =2t+ sec2t

2y, y(0) = −5

(f) ty′ + y = y2, y(1) = −1

Answer (a) y = 2eet

(b) y =√

1 +√t2 − 16

(c) y = log (3e2t + 2)

(d) y = −√−2t2 + 2t+ 4

(e) y = −√t2 + tan t+ 25

(f) y = 11−2t

3. 어떤 인구의 변화는 다음과 같은 미분 방정식으로 표현된다.

dP

dt= 0.8P (1− P

5600)

(a) 어떠한 P의 값에 대해서 인구가 증가하는가?

(b) 어떠한 P의 값에 대해서 인구가 감소하는가?

(c) 인구증가율이 가장 클 때의 인구는 얼마인가?

Answer (a) 0 < P < 5600 (b) P > 5600 (c) P = 2800

§ (4.–5) 반감기

세슘, 탄소-14, 우라늄과 같은 방사성 물질들은 불안정하여 안정적인 물질로 붕괴된다.

방사성 물질의 상대붕괴율1

m

dm

dt

7

는 상수임이 알려져 있다. 다시 말하면, 시각 t에서 방사성 물질의 양 m(t)는 다음 미분방

정식을 만족한다.dm

dt= −km (k : 양의 실수 )

방사성 물질의 양이 반이 되는데 걸리는 시간을 반감기(half life)라고 한다.

4. 세슘-137(cesium) 의 반감기는 30년이다. 지금 100mg의 세슘 샘플이 있다고 할 때,

(a) t년 후에 남아 있는 세슘의 질량을 구하여라.

(b) 100년 후에는 얼마나 많은 양의 세슘 샘플이 남아 있는가?

(c) 1mg 만이 남게 되는 것은 몇 년 후인가?

Answer (a) 100 · 2−t/30mg (b) 약 100e−10/3 ; 9.92mg (c) 30 log 100log 2 ; 199.3년

5. 토리노의수의는길이약 14피트,폭약 3.5피트의직포로만들어져있는데손과발에상처

입은 사람의 형상이 찍혀 있고 혈흔과 땀이 분석되었다.

가톨릭 교회에서는 이를 예수의 형상이라고 주장하고 있다. 1988년 행해진 실험 결과 방

사성 탄소-14의 92 ∼ 93 %만이 이 수의에 잔존하는 것으로 밝혀졌다. 이 실험 결과에

의하면 가톨릭 교회의 주장은 근거가 있다고 할 수 있는가? 탄소-14의 반감기는 5700

년이다. (¶)

Answer 예수를 감쌌던 수의가 될 수 없다.

Solution y0을 원래 존재하던 방사성 탄소 C-14의 양, y(t)를 t년 후의 방사성 탄소

C-14의 양이라고 하면

y(t) = y0e−kt

이다. 방사성 탄소 C-14의 반감기가 5700년이므로

y0e−5700k =

1

2y0 ⇒ e−5700k =

1

2

가 성립한다. 즉,

k =log 2

5700; 0.00012

이다. 따라서y(t)

y0= e−0.00012t

8

이므로 t에 대하여 풀면

t = − 1

0.00012log(y(t)

y0

)이다.방사성탄소 C-14의 92%또는 93%만이이수의에잔존한다면,다시말해서 y(t)/y0 =

0.92 또는 y(t)/y0 = 0.93이라면

e−0.00012t = 0.92 ⇒ t = − log 0.92

0.00012; 695

e−0.00012t = 0.93 ⇒ t = − log 0.93

0.00012; 605

이다. 이 조사는 1988년에 시행되었으므로 이 천의 연대는 1293년에서 1383 년 사이의

것으로 판정된다. 예수를 감쌌던 수의가 될 수 없다는 결론이다.

6. 바다의 수면 아래 깊이 x미터 지점의 빛의 강도 I는 미분방정식

dI

dx= −1.4I

를 만족한다.

(a) 수면에서의 빛의 강도를 I0라 할 때, 빛의 강도가 절반이 되는 깊이는 얼마인가?

(b) 10m 지점에서의 빛의 강도는 I0의 몇 배인가?

(c) 표면에서의 빛의 강도의 1%가 되는 깊이는 얼마인가?

Answer (a) log 21.4 ;0.495m (b) e−14 ; (8.32× 10−7) 배 (c) log 100

1.4 ;3.29m

7. 설탕이 물에 녹을 때, 아직 녹지 않은 설탕의 양을 A라 하면, A는 미분방정식

dA/dt = −kA (k > 0)

을만족시킨다고한다.설탕을물에넣은지 1분만에 25%의설탕이녹았다고할때,절반의

설탕이 녹는데 걸리는 시간은 얼마인가?

Answer log 2log 4−log 3 ; 2.4분

8. 냉장고에서 꺼낸지 10분 된 음료수의 온도가 8◦C 이다. 10분 후 다시 재 보았더니 음료수

의 온도는 12◦C이었다면, 냉장고 내부의 온도는 얼마이겠는가? 단, 방의 온도는 20◦C를

유지하고 있다고 한다.(¶)

Answer 2◦C

Solution t분 후 음료수의 온도를 y(t)라고 하자. 그러면

y′ = k(y − 20), y(10) = 8, y(20) = 12

이 성립한다. 미분방정식을 풀면 y = 20 + Cekt이므로 주어진 조건을 이용하면

y(10) = 20 + Ce10k = 8, y(20) = 20 + Ce20k = 12

이므로 e10k = 23 , C = −18을 얻는다. 따라서 냉장고의 내부 온도는 y(0) = 20− 18 =

2◦C 이다.

9

9. 온도가 20◦C인방안에놓여있던온도계를 4◦C인집밖으로가지고나갔다. 1분이지났을

때, 온도계는 12◦C를 가리키고 있었다.

(a) 1분이 더 지났을 때, 온도계는 몇 도를 가리키고 있을까?

(b) 6◦C를 가리킬 때는 집 밖으로 나간지 몇 분 후인가?

Answer (a) 8◦C, (b) 3 분 후

10. 함수 P (t)를 학습 시간에 따른 기술의 습득 정도라고 하자. 이 함수 P의 해곡선을 학

습 곡선(learning curve)이라고 한다. 함수 P가 다음의 미분방정식에 의해 주어진다고

하자.dP

dt= k(M − P )

여기서 k,M은 양수인 상수이다.

(a) 미분방정식을 풀고, 그 해를 이용해서 학습 곡선을 그려보아라. 단, 0 < P (0) < M

이다.

(b) 어떤 공장의 생산 라인에 두 명의 새 노동자가 투입되었다. A는 첫 시간에 부품 25

개를조립하였고,두번째시간에는 45개를조립하였다. B는첫시간에 35개를조립

하였고, 두 번째 시간에는 50개를 조립하였다. P (0) = 0이라고 가정하고 이 모형과

(a)의 결과를 이용하여 둘 다 숙련공이 되었을 때 누가 더 많은 부품을 조립할 수

있는지 판단하여라.

Answer (a) P (t) = M + (P (0)−M)e−kt (b) A

11. (a) 연이율 100r%이고,이자는연속복리로계산되는계좌에 A0원을입금하였다.그리고

일년에 Q원을 입금하는데 모형을 간단하게 하기 위해서, 이 입금 역시 (일년에 몇

회 일어나는 대신) 연속적으로 이루어진다고 가정하자. A(t)를 t년 후에 이 계좌의

가치라고 할 때, 이 함수가 만족하는 초깃값문제를 구하여라.

(b) K씨는 결혼 20주년에 세계일주 여행을 계획하고 있다. 20년 후 세계여행 비용은

5000만원으로 예상된다. K씨의 계획은 결혼식 날부터 일년에 Q원씩을 연속적으로

입금하고 20주년 되는 날 계좌의 모든 금액을 인출하는 것이다. 연 이율이 8%일 때,

K의 계획이 성공적이려면 Q는 얼마이어야 하는가?

Answer (a)dA

dt= rA+Q, A(0) = A0 (b) 1,011,882 원

12. 몸무게가 64kg 삼순이는 하루 섭취열량을 1800kcal로 제한하는 다이어트를 시작하였다.

삼순이의 기초대사량(basal metabolic rate)1은 1200kcal 이고 하루에 1kg 당 15kcal

의 에너지가 소모된다. 1kg의 지방은 9000kcal의 에너지로 변환된다고 한다.

(a) 다이어트를 시작하고 t일 후 삼순이의 몸무게를 y(t)라고 할 때 y(t)가 만족하는

미분방정식을 세우고 해를 구하여라.

(b) 삼순이의 몸무게가 처음으로 58kg 이하가 되는 것은 며칠 후인가? 다이어트를 계속

한다면 삼순이의 몸무게는 어떻게 되겠는가?

1잠에서 깨어난 상태에서 절대안정을 유지할 때의 대사를 기초대사라 하며, 이 때 개체가 소비하는 에너지량을

기초대사량이라고 한다.

10

Answer (a)dy

dt=

1

15− 1

600y, y = 24e−t/600 + 40

(b) 600 log(4/3) ; 180, limt→∞

y(t) = 40

11

연습문제 3.4

1. 다음 극한값을 정적분을 이용하여 나타내어라.(¶)

(a) limn→∞

1

n

{(n+ 1

n

)+(n+ 2

n

)+ · · ·+

(n+ n

n

)}(b) lim

n→∞

1

n

{(nn

)2+(n+ 2

n

)2+ · · ·+

(n+ 2n− 2

n

)2}Answer (a)

∫ 1

0(1 + x)dx (b) 1

2

∫ 2

0(1 + x)2 dx

Solution (a) f(x) = 1+x라고하면구간의크기 ∆x = 1/n이고 x∗k = k/n인경우이다.

x0 = 0, xn = 1이므로

limn→∞

1

n

{(n+ 1

n

)+(n+ 2

n

)+ · · ·+

(n+ n

n

)}= limn→∞

n∑k=1

1

n

(1 +

k

n

)=

∫ 1

0

(1 + x) dx

(b) f(x) = (1 + x)2이라고 하자. 구간의 크기를 ∆x = 2/n라고 하면 x∗k = 2(k − 1)/n

이고 x0 = 0, xn = 2이므로

limn→∞

1

n

{(nn

)2+(n+ 2

n

)2+ · · ·+

(n+ 2n− 2

n

)2}=

1

2limn→∞

n∑k=1

2

n

(1 +

2(k − 1)

n

)2=

1

2limn→∞

n∑k=1

∆x(

1 + x∗k

)2=

1

2

∫ 2

0

(1 + x)2 dx

2. 다음 극한값을 정적분을 이용하여 나타내어라.

(a) limn→∞

n−1∑k=0

k3

n4

(b) limn→∞

n∑k=1

1

n

(1 +

k3

n3

)(c) lim

n→∞

n∑k=1

1

n

(n+ k)3

n3

(d) limn→∞

n∑k=1

1

n

(1 +

(2k)3

n3

)

Answer (a)∫ 1

0x3 dx (b)

∫ 1

0(1 + x3) dx (c)

∫ 1

0(1 + x)3 dx (d) 1

2

∫ 2

0(1 + x3) dx

3. 다음 극한값을 구하여라.

limn→∞

(1

√n√n+ 1

+1

√n√n+ 2

+ · · ·+ 1√n√n+ n

)

Answer 2(√

2− 1)

12

4. 역함수가 존재하는 연속함수 y = f(x)에 대하여 다음 조건이 성립한다.

f(0) = 0, f(a) = b,

∫ a

0

f(x)dx = A, a > 0, b > 0

(a) A의 범위를 구하여라.

(b) g = f−1일 때

∫ b

0

g(x) dx를 구하여라.

Answer (a) 0 < A < ab (b) ab−A

5. 다음 정적분을 구하여라.(1절의 연습문제 4 참고)

(a)

∫ 1

0

(√s+ 3√s) ds

(b)

∫ 2

1

(y − 1

y2

)dy

(c)

∫ 3

1

6x2(

1− 1

x

)dx

(d)

∫ π

0

(4 cos

x

2

)dx

(e)

∫ 1

0

(e2x + e−x) dx

(f)

∫ 2

0

(√

2)x dx

(g)

∫ 2

1

(2x+

1

2x

)dx

Answer (a) 1712

(b) 1

(c) 28

(d) 8

(e) e2

2 −1e + 1

2

(f) 2log 2

(g) 3 + log 22

6. 다음 정적분을 구하여라.

(a)

∫ 2

0

(xet + 1) dx (b)

∫ 2

0

(xet + 1) dt

Answer (a) 2et + 2 (b) (e2 − 1)x+ 2

7. f가 구간 [a, b] (a < b)에서 연속인 함수이고

∫ b

a

f(x) dx = 0이면 f(c) = 0인 c ∈ [a, b]가

존재함을 보여라.

Answer F (x) =∫ xaf(t) dt라고 하면 F (a) = F (b) = 0이다.

8. 다음 정적분의 값을 구하여라.

(a)

∫ π

0

| cosx| dx

(b)

∫ 4

0

(√x+ 1)2 dx+

∫ 4

0

(√x− 1)2 dx

(c)

∫ 3

1

x−2(x+ x−1) dx

(d)

∫ 1

−1

1

2 + |x|dx

(e)

∫ 2

−1|x− x2| dx

(f)

∫ 2

0

x3

x2 + x+ 1dx+

∫ 0

2

1

x2 + x+ 1dx

Answer

13

2

(a)(b) 24

(c) log 3 + 4/9

(d) 2 log(3/2)

(e) 11/6

(f) 0

9. 구간 [−3, 3]에서 함수 y = f(x)의 그래프는 y축에 대하여 대칭이고 다음과 같다.

1 2 3-1-2-3x

y

(a)

∫ 1

0

f(t) dt = 0.5,

∫ 2

1

f(x) dx = −1.5,

∫ 3

2

f(x) dx = 2.5일 때 다음 값을 구하여라.

i.

∫ 1

−1f(x) dx ii.

∫ 2

−1f(x) dx iii.

∫ 3

0

f(x) dx iv.

∫ 1

−3f(x) dx

(b) F (x) =

∫ x

−3f(x) dx 에 대하여 F (x) 가 극댓값을 갖는 x의 값과, 극솟값을 갖는 x

의 값을 구하여라.

(c) F (x)가최댓값을갖는 x의값과,최솟값을갖는 x의값을구하고최댓값과최솟값을

구하여라.

Answer (a) (i) 1 (ii) −0.5 (iii) 1.5 (iv) 2

(b) x = −2, 1에서 극댓값, x = −1, 2에서 극솟값

(c) x = 3에서 최댓값 3, x = −3에서 최솟값 0

10. 1절의 연습문제 3의 결과를 이용하여 다음 정적분을 구하여라.

(a)

∫ 1

0

x√x2 + 1

dx

(b)

∫ 0

−1(3x− 2)−2 dx

(c)

∫ π/2

0

x cosx dx

(d)

∫ 4

1

e√x

√xdx

(e)

∫ log 2

0

(1− x)e−x dx

(f)

∫ √2

0

2xex2

dx

(g)

∫ e

1

2 log x

xdx

(h)

∫ e

1

(log x+ 1) dx

Answer (a)√

2− 1

(b) 110

(c) π2 − 1

(d) 2e2 − 2e

(e) log 22

(f) e2 − 1

(g) 1

(h) e

11. 주어진 구간에서 다음 곡선과 x축 사이의 영역의 넓이를 구하여라.

14

(a) y =√x+ x, 0 ≤ x ≤ 4

(b) y = cosx− sinx, 0 ≤ x ≤ π4

(c) y = ex − 1− x, −1 ≤ x ≤ 1

(d) y = e2x − ex, 0 ≤ x ≤ log 2

Answer (a) 403 (b)

√2− 1 (c) e− 2− 1

e (d) 12

12. 두 곡선 y = x2, y = 4x− x2으로 둘러싸인 부분의 넓이를 구하여라.(¶)

-1 2x

2

4

y

y � x2

y � 4 x - x2

Answer 8/3

Solution 두 곡선이 만나는 x 좌표를 구하면

x2 = 4x− x2 ⇒ 2x2 − 4x = 0 ⇒ x = 0, 2

이다. 이 구간에서 x2 ≤ 4x− x2이므로 구하는 넓이는 다음과 같다.∫ 2

0

(4x− x2 − x2) dx =

∫ 2

0

(4x− 2x2) dx

=[2x2 − 2x3

3

]20

= 8− 16

3=

8

3

13. 다음 곡선 또는 직선에 의하여 만들어지는 영역의 넓이를 구하여라.

(a) y = 5x− x2, y = x

(b) y =√x+ 3, y = (x+ 3)/2

(c) y = x− 1, y2 = 2x+ 6

(d) x = 2y2, x = 0, y = 3

(e) x = 2y2, x = 4 + y2

(f) xy2 = 1, y = x, y = 8x

Answer (a) 323 (b) 4

3 (c) 18 (d) 18 (e) 323 (f) 3

4

14. 주어진 구간에서 두 곡선 사이의 넓이를 구하여라.

(a) y = x2, y = x+ 2, −2 ≤ x ≤ 2

(b) y = e2x, y = ex+1, 0 ≤ x ≤ log 5

(c) y = sec2 x, y = 8 cosx, −π3 ≤ x ≤π3

(d) y = sec2 x, y = tan2 x, −π4 ≤ x ≤π4

2

Answer2Hint. 1 + tan2 x = sec2 x

15

193 (a)(b) −6e+ e2 + 13 (c) 6

√3 (d) π

2

15. 다음 부등식에 의하여 만들어지는 영역의 넓이를 구하여라.

(a) y ≤ 1/x2, x ≤ 2, y ≤ x, y ≥ 0

(b) x2 + y2 ≤ 1, y ≥ (x− 1)2

(c) y ≥ x2/4, y ≤ x, y ≤ 1

(d) y ≤ x2, x+ y ≤ 2, x ≥ 0, y ≥ 0

Answer (a) 1 (b) π4 −

13 (c) 5

6 (d) 56

16. f(x) = x3−x2 +x의 역함수가 존재함을 보여라. g(x) = f−1(x)라고 할 때, 1사분면에서

두 곡선 y = f(x)와 y = g(x) 로 둘러싸인 부분의 넓이를 구하여라.

Answer 16

17. 함수 f(x) =∫ x0

20t(t− 1)(t− 2) dt의 극값을 구하여라.

Answer x = 0, 2에서 극솟값 0, x = 1에서 극댓값 5

18. 연속함수 f에 대하여 F (x) =∫ xaf(t) dt일 때 다음을 f를 이용하여 나타내어라.

(a)d

dx

[∫ x

−xf(t) dt

](b)

d

dx

[∫ √xa

f(t2) dt

]

Answer (a) f(x) + f(−x) (b) f(x)2√x

16

연습문제 3.5

1. 다음 정적분을 구하여라. ∫ 3

−3(2 + x)

√9− x2 dx

Answer 9π

2. 다음 정적분을 구하여라.

(a)

∫ √π0

x cos(x2) dx

(b)

∫ 2

1

1

t2cos

π

tdt

(c)

∫ 2

0

√1 + 4x dx

(d)

∫ 1

0

x2(2 + x3)4 dx

(e)

∫ a

0

x√a2 − x2 dx, a > 0

(f)

∫ 1

0

x√

1− x4 dx

(g)

∫ a

−a

sinx cosx

1 + x4dx

Answer (a) 0

(b) −1/π

(c) 13/3

(d) 211/15

(e) a3/3

(f) π/8

(g) 0

3. 하루 동안의 온도가 다음과 같은 함수로 주어진다고 한다.

f(t) =

20− 6 sin πt

12 , 0 ≤ t ≤ 6

20− 6 cos π(t−6)9 , 6 ≤ t ≤ 15

20 + 6 cos π(t−15)18 , 15 ≤ t ≤ 24

이 날의 평균온도는 얼마인가? (¶)

Answer 20.5 ◦C

Solution 온도의 그래프를 그려 보면 다음과 같다.

3 6 9 12 15 18 21 24t

14

26

C

각 구간에서 정의된 함수를 적분하여 보자. 구간 [0, 6]에서는∫ 6

0

sinπt

12dt =

12

π

[− cos

πt

12

]60

=12

π(− cos

π

2+ cos 0) =

12

π

17

이고 구간 [6, 15]에서는∫ 15

6

cosπ( t− 6

9

)dt =

∫ 9

0

cosπ( t

9

)dt

=9

πsinπ

( t9

)∣∣∣90

= 0

이다. 마지막으로 구간 [15, 24]에서∫ 24

15

cosπ( t− 15

18

)dt =

∫ 9

0

cosπ( t

18

)dt =

18

πsinπ

( t

18

)∣∣∣90

=18

π(sin

π

2− sin 0) =

18

π

을 얻는다. 이 결과를 이용하면 평균기온은

1

24

∫ 24

0

f(t) dt = 20 +1

24(−6

12

π+ 6

18

π)

= 20 +3

2π; 20.5

이므로 이 날의 평균기온은 20.5◦C이다.

4. 연속함수 y = f(x)에 대하여

(a) 다음 식을 만족하는 c가 a와 b 사이에 존재함을 보여라.(¶)3

1

b− a

∫ b

a

f(x) dx = f(c)

(b) y = f(x)의 평균 f에 대하여

f = f(c)

인 c가 a와 b 사이에 존재함을 설명하여라.

(c) u(t) =

∫ b

a

(f(x)− t)2 dx라고 하자. u(t)는 t = f일 때 최솟값을 가짐을 보여라.4

Answer Solution 참고

Solution (a) F (x) =∫ xaf(t) dt라고 하면 y = F (x)는 미분가능한 함수이다. 따라서

평균값정리에 의하면F (b)− F (a)

b− a= F ′(c)

인 c가 a와 b사이에 존재한다. 그런데 F ′(c) = f(c)이므로 원하는 결과를 얻는다.

(b) (a)의 결과에서 좌변은 함수 y = f(x)의 구간 [a, b]에서의 평균이다.

5. 함수 f(x) =√

4− x2의 구간 [0, 2]에서의 평균 f을 구하여라.

Answer π/2

3이 결과를 정적분의 평균값정리라고 한다4Hint. u(t)는 t에 관한 이차식이다.

18

6. 어떤 연금상품은 은퇴와 동시에 매년 D의 연금을 20년간 지급한다고 한다. 연금이 연속

적으로 지급된다고 가정할 때 은퇴와 동시에 일시금으로 받고자 한다면 얼마를 받으면

되는가? 단, 이율은 연 5%의 연속복리로 지급된다고 한다.

Answer 연금은 20년 동안 지급되므로 현재가치는

7. 아이스크림 전문점의 매출(단위 : 백만원)은

f(t) = 200− 100 cosπt, (0 ≤ t ≤ 1)

로 주어진다고 한다. (t의 단위 : 년) 매출이 연속적으로 일어난다고 가정할 때,

(a) 1년 동안 총매출은 얼마인가?

(b) 매출과 동시에 입금된다면 1년 후(t = 1) 잔고는 얼마인가? 단, 이자는 연 5%의

연속복리로 지급된다고 한다.

(c) 1년 동안 매출액의 1월 1일의(t = 0) 현재가치는 얼마인가? 단, 이자는 연 5%의

연속복리로 지급된다고 한다.

반올림하여 만단위까지 구하여라.

Answer (a)∫ 1

0f(t) dt = 200 (b)

∫ 1

0e0.05tf(t) dt ; 206.12

(c)∫ 1

0e−0.05tf(t) dt ; 194.09

8. 연속함수 f와 상수 c에 대하여 다음 식이 성립함을 보여라.

(a)

∫ b

a

f(x+ c) dx =

∫ b+c

a+c

f(x) dx (b)

∫ c

0

f(x) dx =

∫ c

0

f(c− x) dx

Answer 생략

9. 연속함수 f에 대하여 다음이 성립함을 보여라.

(a)

∫ π2

0

f(sinx) dx =

∫ π2

0

f(cosx) dx (b)

∫ π

0

f(sinx) dx = 2

∫ π2

0

f(sinx) dx

Answer 생략

10. f(x) =∫ x2

1√1+t4

dt일 때

(a) f ′(2)를 구하여라.

(b) f−1가 존재함을 보여라.

(c) (f−1)′(0)을 구하여라.

Answer (a) f ′(2) = 117 (b) f ′(x) = 1√

1+x4> 0이므로 f는 순증가, 따라서 f−1이 존재한다. (c)

√17

19

연습문제 3.6

1. 다음 적분이 발산하면 D라고 적고, 수렴하면 그 값을 구하여라.

(a)

∫ ∞0

1

(2x+ 1)2dx

(b)

∫ ∞−∞

sinx dx

(c)

∫ ∞2

2

x2 − 1dx

(d)

∫ ∞0

xe−x dx

(e)

∫ 1

0

log x

xdx

(f)

∫ 1

0

x log x dx

(g)

∫ π2

0

tanx dx

(h)

∫ ∞−∞

x

x2 + 1dx

Answer (a) 12

(b) D

(c) log 3

(d) 1

(e) D

(f) − 14

(g) D

(h) D

2. 다음 특이적분이 수렴하는 p의 범위를 구하고 적분값을 구하여라.

(a)

∫ ∞e

1

x(log x)pdx (b)

∫ 1

0

xp log x dx

Answer (a) p > 1, 1/(p− 1) (b) p > −1, −1/(p+ 1)2

3. 다음 관계식이 성립함을 보이고 n이 자연수일 때 왼쪽 특이적분의 값을 구하여라.∫ ∞0

xne−x dx = n

∫ ∞0

xn−1e−x dx

4. 나누어심기를 한 나무의 수명은 확률밀도함수가 다음과 같다.

f(x) =

{cxe−2x, x ≥ 0

0 기타

(a) 상수 c를 구하여라.

(b) 이 나무의 평균수명을 구하여라.

Answer (a) 4 (b) 1

5. 어떤 전기제품의 수명(단위 : 년)의 확률밀도함수가 다음과 같다.

f(x) =

8

x3, x ≥ a

0, x < a

(a) 상수 a를 구하여라.

(b) 이 제품의 수명의 평균을 구하여라.

20

(c) 신상품을 구입하였을 경우 3년 이상 사용할 수 있을 확률을 구하여라.

Answer (a) 2 (b) 4 (c) 4/9

6. X가 모수가 1인 지수분포를 따를 때,

(a) Y = X2의 확률밀도함수를 구하여라.

(b) Y의 평균과 분산을 구하여라.

Answer (a) f(x) =

{1

2√xe−√x, x > 0

0, x ≤ 0

(b) E(Y ) = E(X2) = 2, V (Y ) = E(X4)− [E(X2)]2 = 4!− 22 = 20

7. X가 모수가 λ인 지수분포를 따르면

(a) s, t ≥ 0에 대하여 다음 관계식이 성립함을 보여라.

P(X > t+ s) = P(X > t)P(X > s)

(b) 평균과 분산은 각각 다음과 같음을 보여라.

E(X) =1

λ, Var(X) =

1

λ2

Answer 생략

8. 다음 등식을 이용하여 주어진 적분값을 구하여라.

1√2π

∫ ∞−∞

e−x2/2 dx = 1,

1√2π

∫ ∞−∞

x2e−x2/2 dx = 1

(a)

∫ ∞0

e−x2

dx (b)

∫ ∞0

x2e−x2

dx

Answer (a)√π/2 (b)

√π/4

9. 확률변수 X 의 누적분포함수가 다음과 같다.

F (x) =

{1− e−x2

, x ≥ 0

0, x < 0

(a) P(X > 1), P(1 < X < 2) 를 구하여라.

(b) X 의 평균과 분산을 구하여라.

Answer (a) e−1 ; 0.3679, e−1 − e−4 ; 0.3496 (b)√π/2, 1− π/4

21

연습문제 3.7

1. 다음 곡선에 의하여 만들어지는 영역을 x-축 둘레로 회전하여 생기는 회전체의 부피를

구하여라.

(a) y =√

4− x2, y = 0

(b) y =√

cosx, 0 ≤ x ≤ π

2, x = 0, y = 0

(c) y = secx, y = 0, x = −π4, x =

π

4(d) y = ex, x = 1, x = 2, y = 0

(e) y =1√x, x = 1, x = 4, y = 0

(f) y = x− x2, y = 0

Answer (a) 32π/3

(b) π

(c) 2π

(d) π(e4 − e2)/2

(e) π log 4

(f) π/30

2. (x − 1)2 + y2 = 1로 둘러싸인 영역을 y축 둘레로 회전시켜 생기는 회전체의 부피를

구하여라.

Answer 2π2

3. 다음 도형을 x축 둘레로 회전시켜 생기는 입체의 부피를 구하여라.

y =ex − e−x

2, 0 ≤ x ≤ log 9

Answer ( 82081 − log 3)π

4. 다음 곡선으로 둘러싸인 영역을 x축과 y축 둘레로 회전시켜 생긴 회전체의 부피를 각각

구하여라.

(a) y = x2, x = 1, y = 0

(b) y = 1/x, x = 1, x = 2, y = 0

(c) y = x2, y = 4

(d) y = x2, x = y2

Answer (a) x-축 : π/5, y-축 : π/2

(b) x-축 : π/2, y-축 : 2π

(c) x- 축 : 256π/5, y-축 : 8π

(d) x-축 : 3π/10, y-축 : 3π/10

5. 다음 곡선 또는 직선에 의하여 만들어지는 영역을 주어진 직선 둘레로 회전하여 생기는

회전체의 부피를 구하여라.

(a) y = x2, y = 4, y = 4 둘레

(b) y = x, y =√x, y = 1 둘레

(c) y = x2, x = y2, y = −1 둘레

(d) y =1√x, x = 1, x = 4, y = 0, y = 1 둘레

Answer

22

512π/15 (a)(b) π/6 (c) 29π/30 (d) (2 log 2− 1)π

6. 다음 곡선으로 둘러싸인 영역을 y축 둘레로 회전한 회전체의 부피를 구하여라. (¶)

y = sinx, x =π

2, y = 0

Π

2

x

1

y

y � sinHxL

Answer 2π

Solution 회전체의 부피를 구하는 두번째 공식을 이용하면 회전체의 부피는

2π

∫ π2

0

x sinx dx

이다. 부분적분법을 이용하면∫x sinx dx = −x cosx+ sinx+ C

이므로 구하는 부피는

2π

∫ π2

0

x sinx dx = 2π(−x cosx+ sinx)∣∣∣π20

= 2π

이다.

7. 원 (x− b)2 +y2 = a2, (0 < a < b)을 y축 둘레로 회전하면 도넛 모양의 회전체가 생긴다.

이 회전체를 원환체(torus)라 부른다. 원환체의 부피를 구하여라.

b

a

23

Answer 2π2a2b

8. 다음 그래프를 y축 둘레로 회전한 회전체의 부피를 구하여라.

f(x) =

sinx

x, 0 < x ≤ π

1, x = 0

Π

2Π

x

1

y

y �sinHxL

x

Answer 4π

9. 다음 곡선으로 둘러 싸인 영역을 y축 둘레로 회전한 회전체의 부피를 구하여라.

(a) y = −x2 + 3x− 2, y = 0

(b) y = x(x− 1)2, y = 0

(c) y = sin(x2) (0 ≤ x ≤√π), y = 0

(d) y = e−x2

(0 ≤ x ≤ 1), y = 0

Answer (a) π/2 (b) π/15 (c) 2π (d) π(1− 1/e)

24

연습문제 4.1

1. 3× 3 행렬 A에 대하여 다음 식이 성립할 때, A를 구하여라.

Ae1 =

2

1

3

, Ae2 =

1

1

0

, Ae3 =

0

1

2

Answer

2 1 0

1 1 1

3 0 2

2. 두 종류의 상품 P1과 P2를 생산하는 두 공장 ‘가’, ‘나’ 가 있다. 각 제품을 한단위 생산

하는데 공해물질인 아황산가스(sulfur dioxide), 산화질소(nitric oxide), 분진(dust)

이 왼쪽 표와 같이 발생하고 한 달동안 두 공장에서 만들어내는 제품의 양은 오른쪽 표와

같다.

아황산가스 산화질소 분진

P1 200 150 100

P2 300 250 400

‘가’ ‘나’

P1 300 450

P2 200 300

각 오염물질을 한 단위 처리하는데 드는 비용(단위 : 천원)은 다음과 같다.

아황산가스 산화질소 분진

‘가’ 8 6 10

‘나’ 10 8 6

(a) 한 달동안 각 공장에서 배출하는 공해물질의 양을 표로 나타내어라.

(b) 각 공장에서 각 제품을 한 단위 만드는 데 배출되는 공해물질의 처리비용을 표로

나타내어라.

(c) 위의 표에 대응하는 행렬을 순서대로 A,B,C라고 할 때 (a), (b)의 표를 행렬의

곱으로 나타내어라.

Answer (a)

아황산가스 산화질소 분진

‘가’ 120000 95000 110000

‘나’ 180000 142500 165000

3. 성인과 어린이를 대상으로 비만치료프로그램이 진행되고 있다. 참가인원과 대상별로 하

루동안 필요한 3대 영양소는 다음과 같다.

성인 어린이

여성 30 20

남성 25 25

탄수화물 지방 단백질

성인 200 20 150

어린이 150 15 150

25

(a) 위 표에 대응하는 행렬을 각각 A, B라고 할 때, AB를 구하고 (2, 2) 항이 무엇을

의미하는지 설명하여라.

(b) 이 프로그램에서 하루동안 여성에 의하여 소비되는 단백질의 양은 얼마인가?

Answer (a)

(9000 900 7500

8750 875 7500

)하루동안 남성에의하여 소비되는 지방의 양

(b) (AB)13 = 7500

4. m× n 행렬 A에 대하여

(a) m-행벡터 B =(

1 1 · · · 1)에 대하여 BA를 구하여라. BA의 j번째 항이

의미하는 것은 무엇인가?

(b) n-열벡터 B =

1...

1

에 대하여 AB를 구하여라. AB의 i번째 항이 의미하는 것은

무엇인가?

Answer (a)BA =(a11 + a21 + · · ·+ am1 a12 + a22 + · · ·+ am2 · · · a1n + a2n + · · ·+ amn

),

BA의 j번째 항은 A의 j번째 열의 합

(b) AB =

a11 + a12 + · · ·+ a1n

...

am1 + am2 + · · ·+ amn

, AB의 i번째 항은 A 의 i번째 행의 합

5. n× n 행렬 A = (aij)에 대하여

(a) 임의의 n벡터 x에 대하여 Ax = 0이면 A = O임을 보여라.

(b) 임의의 n벡터 x에 대하여 Ax = x이면 A = In임을 보여라.

Answer 생략

Answer (b) Ax = x ⇒ (A− I)x = 0 ⇒ A− I = O((a) 에 의하여) ⇒ A = I

6. n× n 행렬 A에 대하여

(a) AAt와 AtA는 대칭임을 각각 보여라.

(b) A+At는 대칭임을 보여라.

(c) AtA = O이면 A = O임을 보여라. (¶)

Answer Solution 참고

Solution (c) A = (aij), At = (bij)라고 하면 bij = aji이다. 1 ≤ i ≤ n에 대하여

(AtA)ii =

n∑j=1

bijaji =

n∑j=1

ajiaji =

n∑j=1

a2ji = 0

이므로 모든 i, j에 대하여 aji = 0 이다. 따라서 A = O이다.

26

7. 대각행렬 D1 = D(d1, d2, . . . , dn), D2 = D(m1,m2, . . . ,mn)에 대하여 다음 등식이 성

립함을 보여라.

(a) D1D2 = D2D1 = D(d1m1, d2m2, . . . , dnmn)

(b) Dk1 = D(dk1 , d

k2 , . . . , d

kn)

Answer 생략

8. n×n 행렬 A = (aij)의 대각합(trace)은 대각원소의 합으로 정의하고 tr(A)로 나타낸다.

tr(A) = a11 + a22 + · · ·+ ann

A,B가 n× n 행렬일 때 다음을 보여라.

(a) tr(At) = tr(A)

(b) tr(A+B) = tr(A) + tr(B)

(c) tr(kA) = k tr(A)

(d) tr(AB) = tr(BA)

Answer 생략

9. 어떤 사람이 시속 5km로 걸으면 350cal/hr, 시속 20km로 자전거를 타면 500cal/hr, 시속

9km로 달리기를 하면 900cal/hr가 소모된다고 한다. 이 사람이 일주일간 다음과 같이

운동계획을 세웠다면 소모되는 칼로리는 모두 얼마인가? (단위 : 시간)

월요일 수요일 금요일 토요일

걷기 1 1 1.5 1

자전거 0 2 1 1

달리기 1 1 0.5 1

Answer 6725

10. 다음 표는 2013년도 제주도와 울릉도를 방문한 국가별 관광객 수이다. (단위 : 만명)

제주도 울릉도

대한민국 179 20

중국 244 9

일본 95 5

(a) 2013년 제주도를 방문한 사람 중에서 10%는 2014년에 제주도를 다시 방문하고 울

릉도를 방문한 사람 중에는 3%가 다시 울릉도를 방문한다고 예측한다.

A =

179 20

244 9

95 5

, B =

(0.1

0.03

), C =

(0.1 0

0 0.03

)

이라고 할 때 AB,AC를 구하고 각 항이 의미하는 바를 설명하여라.

27

(b) 2014년 제주도와 울릉도를 방문하는 방문객의 수는 2013년 대비 모두 대한민국은

10%, 중국은 20%, 일본은 8%증가할 것으로 예측한다.

B =(

1.1 1.2 1.08), C =

1.1 0 0

0 1.2 0

0 0 1.08

이라고 할 때 BA,CA를 구하고 각 항이 의미하는 바를 설명하여라.

Answer (a) AB =

18.5

24.67

9.65

, 예를 들어, 24.67(만명)은 2013 년 제주도나 울릉도를 방문한

중국사람 중에서 2014년도에 제주도나 울릉도를 다시 방문하는 인원

AC =

17.9 0.6

24.4 0.27

9.5 0.15

, 예를 들어 0.6(만명)은 2013년 울릉도를 방문한 대한민국 사람

중에서 2014년도에 울릉도를 다시 방문하는 인원

11. 어떤 의류 회사는 일반형과 고급형 두 종류의 코트를 생산한다. 일반형에는 1.5kg의 합성

섬유와 300g의 양모, 200g의 앙고라가 필요하고 고급형에는 200g의 합성섬유와 800g의

양모, 200g의 앙고라가 필요하다.

(a) 합성섬유와 양모, 그리고 앙고라의 kg 당 구입가는 A 사가 각각 5000원, 이만원,

삼만원이고 B 사는 각각 . 6000원, 이만원, 이만오천원이다. 원단을 A 사에서 모두

구입하는 경우와 B 사에서 모두 구입할 경우 일반형과 고급형 한 벌의 원단가격을

행렬곱을 이용하여 나타내어라.

(b) 합성섬유와 양모, 그리고 앙고라의 kg 당 생산가는 A 사는 각각 4000원, 만오천원,

이만원이고, B 사는 각각 4500원, 만육천원, 이만원이다. 일반형과 고급형 한 벌의

원단을 판매하였을 때 각 원단회사가 얻는 이윤을 행렬의 곱을 이용하여 구하여라.

(c) 일반형 250벌과 고급형 150벌을 만들려면 각 원단이 얼마나 필요한지 행렬곱을 이

용하여 구하여라.

(d) 일반형 250벌과 고급형 150벌을 만들려면 원단회사별로 비용이 얼마나 드는지 구하

여라.

Answer A =

(1.5 0.3 0.2

0.2 0.8 0.2

), B =

0.5 0.6

2 2

3 2.5

, C =

0.1 0.15

0.5 0.4

1 0.5

, D =(

250 150)

이라고 하자.

(a) AB:

구입비용 A 사 B 사

일반형 1.95 2

고급형 2.3 2.22

(b) AC :

이윤 A 사 B 사

일반형 0.5 0.445

고급형 0.62 0.45

(c) DA: 합성 405(kg), 양모 195(kg), 앙고라 80(kg)

(d) DAB: A 사 832.5만원, B 사 833만원

12. 다음 표는 성인병의 두 개 이상의 증상을 보이는 환자들을 조사한 결과이다.

28

당뇨병 고지혈증 고혈압 심장병 비만

환자 1 0 1 1 0 0

환자 2 1 0 1 0 0

환자 3 0 1 0 1 0

환자 4 0 1 1 1 0

환자 5 0 0 0 1 1

환자 6 0 1 1 1 0

환자 7 0 0 1 0 1

환자 8 1 0 1 0 0

환자 9 0 1 0 0 1

환자 10 0 1 0 1 1

(a) 동시에 가장 많이 관찰되는 성인병의 쌍을 구하여라.

(b) 고혈압 환자에게 가장 많이 나타나는 성인병은 무었인가?

Answer (a) 고지혈증과 심장병

AtA =

2 0 2 0 0

0 6 3 4 2

2 3 6 2 1

0 4 2 5 2

0 2 1 2 4

(b) 고지혈증

13. 다음 표는 식료품 매장에서 고객이 구매한 품목을 조사한 결과이다.

라면 맥주 땅콩 생수 분유 사과

고객 1 0 1 1 1 1 0

고객 2 1 0 0 0 0 1

고객 3 0 0 0 1 0 1

고객 4 1 1 1 1 0 1

고객 5 0 1 0 1 1 1

고객 6 1 0 1 1 0 1

고객 7 0 0 1 0 1 0

고객 8 1 0 1 0 0 0

고객 9 0 0 0 0 0 1

고객 10 1 0 0 1 0 0

(a) 주어진 표에 대응하는 행렬을 A라고 하고 C = AtA = (cij)라고 하자. c24를 구하고

무엇을 의미하는지 설명하여라.

(b) 동시에 가장 많이 구매한 품목의 쌍을 구하여라.

(c) 매장이 두 개의 층으로 되어 있고 일부는 2층에 진열하여야 한다면 품목을 어떻게

분류하는 것이 좋을지 설명하여라.

29

Answer (a) c24 = 3 : 맥주와 생수를 동시에 구입한 고객의 수 (b) 생수와 사과 (c) 영업전략에

따라 다양한 진열방법이 가능함

30

연습문제 4.2

1. 영행렬이 아닌 2× 2 행렬 중에서 기약행사다리꼴을 모두 구하여라.

Answer

(1 0

0 1

),

(1 a

0 0

), 단, a는 실수

2. 영행렬이 아닌 3× 2 행렬 중에서 기약행사다리꼴을 모두 구하여라. (Hint. 모두 3종류가

존재한다.)

Answer

1 0

0 1

0 0

,

1 a

0 0

0 0

,

0 1

0 0

0 0

, 단, a는 실수

3. 행렬 A =

a1 b1 c1a2 b2 c2a3 b3 c3

와 다음 기본행렬에 대하여 EiA를 구하여라.

E1 =

0 1 0

1 0 0

0 0 1

, E2 =

1 0 0

0 1 0

−2 0 1

, E3 =

1 0 0

0 3 0

0 0 1

Answer (a)

a2 b2 c2a1 b1 c1a3 b3 c3

(b)

a1 b1 c1a2 b2 c2

a3 − 2a1 b3 − 2b1 c3 − 2c1

(c)

a1 b1 c13a2 3b2 3c2a3 b3 c3

4. 변수 x, y, z, w의 선형계의 첨가행렬이 다음과 같을 때 자유변수를 말하고 일반해를 자유

변수를 이용하여 나타내어라.

(a)

1 0 2 0 3

0 1 −2 0 1

0 0 0 1 3

0 0 0 0 0

(b)

1 −2 2 0 3

0 0 0 1 1

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

Answer (a) 자유변수 z,

일반해

−2

2

1

0

z +

3

1

0

3

(b) 자유변수 y, z,

일반해

2

1

0

0

y+

−2

0

1

0

z+

3

0

0

1

5. 다음과 같은 첨가행렬을 갖는 선형계를 풀어라.

31

(a)

1 1 1 0

1 1 0 3

0 1 1 1

(b)

1 2 −3 9

2 −1 1 0

4 −1 1 4

(c)

1 −3 −2 0

−1 2 1 0

1 2 3 0

(d)

1 1 2 1 1

1 −1 −1 1 0

0 1 1 0 −1

1 1 0 1 2

Answer (a)

−1

4

−3

(b)

2

5

1

(c) t

1

1

−1

, t ∈ R (d) 불능(해가 없음)

6. 가우스소거법으로 다음 선형계를 풀어라.

(a)

{x − 2y = −6

−2x + 3y = 7

(b)

x + y = 1

2x − y = 5

3x − 4y = 2

(c)

{2x − 2y + 4z = −6

−4x + 4y − 8z = 7

(d)

{x − 2y − z = −3

2x − 4y + 2z = 2

(e)

x − y + z = 0

−2x + y = −4

4x − 2y + z = 5

(f)

3x + 2y + z = 2

4x + 2y +2z = 8

x − y + z = 4

Answer (a) x = 4, y = 5 (b) 불능 (c) 불능 (d)

x

y

z

=

2

1

0

y +

−1

0

2

(e) x = 1, y = −2, z = −3 (f) x = −4, y = 2, z = 10

7. 다음 동차선형계가 유일한 해를 갖는지 판단하여라.

(a)

{2x − 2y + 4z = 0

−4x + 4y − 8z = 0

(b)

x − y + z = 0

−2x + y = 0

4x − 2y + z = 0

32

(c)

x2 + 3x3 − 2x4 = 0

4x1 − x2 + 2x3 − 5x4 = 0

x1 + x2 + 3x3 − 2x4 = 0

(d)

x + 2y + z − w = 0

x + 2y + 3z − w = 0

2x + y + 5z + 2w = 0

−x + 2y − 3z − 3w = 0

Answer (b), (d): 유일한 해 (a), (c): 무수히 많은 해

8. n× n 행렬 A에 대하여 Ax = 0가 유일한 해를 가지면 임의의 n-벡터 b에 대하여

Ax = b

도 유일한 해를 가짐을 보여라.

9. v1,v2가 Ax = 0의 해이면 av1 + bv2는 Ax = 0의 해가 됨을 보여라.

10. v1,v2가 Ax = b (b 6= 0)의 해이면 v1 + v2는 Ax = b의 해가 아님을 보여라.

Answer A(v1 + v2) = Av1 +Av2 = b + b = 2b 6= b이므로 v1 + v2는 Ax = b의 해가 아니다.

11. 비만조절 프로그램에서 세 종류의 음식만 섭취하는 다이어트를 실시한다고 하자. 각 음식

100g에는 3대 영양소가 다음과 같이 들어 있다.

음식 1 음식 2 음식 3

탄수화물 8 16 32

단백질 8 4 4

지방 0 4 1

한 끼에 필요한 영양소의 양은 탄수화물 48, 단백질 32, 지방 3(단위 : g)이라고 할 때 세

종류의 음식을 어떻게 제공해야 하는지 구하여라.

Answer 음식 1: 352, 음식 2: 68, 음식 3: 28

12. 실험실에서 배양하고 있는 세 종류의 박테리아는 한 시간에 다음 표와 같이 영양분을

소모한다.

박테리아 1 박테리아 2 박테리아 3

영양분 A 1 2 1

영양분 B 2 1 1

영양분 C 1 1 2

33

한 시간 동안 소모된 영양분을 측정하였더니 영양분 A는 400, 영양분 B는 500, 영양분

C는 600이 소모되었다. 한 시간 동안 박테리아의 수는 변화가 없다고 할 때 박테리아의

수를 구하여라.

Answer 박테리아 1: 125, 박테리아 2: 25, 박테리아 3: 225

13. 다음은 신도시 지하의 수도관의 흐름을 그린 것이다.

100

200

300

250

150

100

500

x

x1

x2

x3

x4

(a) 이 수도망의 흐름을 선형계를 이용하여 나타내어라.

(b) 이 수도망이 원활하게 흐를 때 x를 구하여라.

(c) 이 수도망이 원활하게 흐를 때 x2의 최댓값과 최솟값을 구하여라.

Answer (a) x1 + x2 = 400, x1 + x4 = 250, x2 + x3 = x − 200, x3 + x4 = 250 (b) x = 600

(c) 최댓값 400, 최솟값 150

14. 다음 세 점을 지나는 이차함수를 구하여라.

(a) (1, 3), (2, 4), (3, 7)

(b) (1, 2), (3, 3), (5, 8)

Answer (a) y = x2 − 2x+ 4 (b) y = 12x

2 − 32x+ 3

15. 다음 네 점을 지나는 삼차함수를 구하여라.

(a) (−1,−1), (1, 3), (2, 5), (3, 15)

(b) (0, 5), (1, 4), (2, 9), (3, 32)

Answer (a) y = x3 − 2x2 + x+ 3 (b) y = 2x3 − 3x2 + 5

16. x1, x2, x3가 서로 다른 실수일 때 세 점 (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3) 을 지나는 이차함수

y = a+ bx+ cx2는 유일함을 보여라.5

5Hint. 이차함수 f(x) = a + bx + cx2이 세 점 (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3)을 지난다고 하자. 1 x1 x21

1 x2 x22

1 x3 x23

a

b

c

=

y1y2y3

는 유일한 해를 가짐을 보인다.

34

Answer 생략

17. 다음 그림은 기계 내부의 연결망을 그린 것이다.

0 0

T1 T2

T3T4

00

30 30

6060

90 90 90 90

외부에 있는 연결점의 온도는 변화가 없고 내부의 점의 온도는 이웃하고 있는 점들의

온도의 평균이다. 예를 들어

T1 =0 + 30 + T2 + T4

4

이다. 내부의 연결점 T1, T2, T3, T4의 값을 구하여라.

Answer T1 = T2 = 30, T3 = T4 = 60

35

연습문제 4.3

1. 다음 행렬의 역행렬이 존재하면 역행렬을 구하여라.

(a)

1 0 0

a 1 0

0 a 1

(b)

a 0 0

1 a 0

0 1 a

, a 6= 0 (c)

1 1 1 1

1 3 1 2

1 2 −1 1

5 9 1 6

Answer (a)

1 0 0

−a 1 0

a2 −a 1

(b)

1/a 0 0

−1/a2 1/a 0

1/a3 −1/a2 1/a

(c) 가역이 아님

2. n× n 행렬 A에 대하여 A2 = A이면 A는 멱등(idempotent)이라고 한다.

(a) A가 멱등이면 I −A도 멱등임을 보여라.

(b) A가 멱등이면 (2I −A)(I +A) = 2I임을 보여라. (2I −A)−1을 구하여라.

(c) A가 멱등일 때, 3I −A는 가역임을 보이고 (3I −A)−1을 구하여라.6

(d) 멱등인 n× n가역행렬은 In 뿐임을 보여라.

Answer (b) 12 (I +A) (c) (3I −A)−1 = 1

3I + 16A

3. 3× 3 행렬 A가 다음 식을 만족할 때 A를 구하여라.

A

−1

2

0

=

1

2

4

, A

0

−2

1

=

−1

1

0

, A

2

1

0

=

0

−2

1

Answer1

5

−1 2 −1

−6 2 9

−2 9 18

4. 가역행렬 A가 대칭이면 A−1도 대칭임을 보여라.

Answer At = A이므로 (A−1)t = (At)−1 = A−1이다. 따라서 A−1 은 대칭이다.

5. A4 = O인 정사각행렬 A에 대하여 I −A는 가역이고

(I −A)−1 = A3 +A2 +A+ I

임을 보여라.

Answer (I −A)(A3 +A2 +A+ I) = (A3 +A2 +A+ I)(I −A) = I

6Hint. (3I −A)(aI + bA) = I가 되는 a, b 를 구하여라.

36

6. n차 다항식

pn(x) = a0 + a1x+ · · ·+ anxn

에 대하여 a0 6= 0이고 pn(A) = O이라고 하자. 그러면 A는 가역임을 보여라. 단,

pn(A) = a0I + a1A+ · · ·+ anAn

이다.

Answer B = − 1a0

(a1I + a2A + · · · + anAn−1)이라고 하면 AB = BA = I이므로 A는 가역이고

B = A−1이다.

7. 대각행렬 D = D(d1, d2, . . . , dn)에 대하여 d1d2 · · · dn 6= 0이면 D는 가역임을 보이고

D−1을 구하여라.

Answer D−1 = D(1/d1, 1/d2, . . . , 1/dn)

8. 시리얼 한 컵에는 20g의 탄수화물과 8g의 단백질이 들어 있고 한 컵의 무지방 우유에는

5g의 탄수화물과 10g의 단백질이 들어 있다. 시리얼과 우유로 아침을 먹을 때 탄수화물

40g과 단백질 32g을 섭취하려면 어떻게 해야 하는가?

Answer 시리얼 1.5컵, 우유 2컵

9. 제과점에서 카스테라, 파운드케익, 와플을 만드는데 계란, 설탕, 버터가 다음 표와 같이

필요하다.

계란 설탕 버터

카스테라 1 1 0

파운드케익 1 1 1

와플 1 0.2 0.4

하루에 계란 200개, 설탕 160컵, 버터 100컵을 모두 사용하려면 카스테라, 파운드케익,

와플을 각각 어떻게 만들어야 하는가?

Answer 카스테라 70개, 파운드케익 80개, 와플 50개

10. 왼쪽에 주어진 벡터를 오른쪽에 주어진 행렬의 열벡터들의 일차결합으로 나타내어라.7

(a)

(1

4

),

(1 3

2 4

)

(b)

1

2

3

,

1 1 2

1 2 3

0 1 2

(c)

1

2

3

4

,

1 1 1 1

0 1 1 1

0 0 1 1

0 0 0 1

7기초다지기의 결과 참조

37

Answer (a)

(1

4

)= 4

(1

2

)−

(3

4

)(b)

1

2

3

= −

1

1

0

− 5

1

2

1

+ 4

2

3

2

(c)

1

2

3

4

= −

1

0

0

0

−

1

1

0

0

−

1

1

1

0

+ 4

1

1

1

1

11. 왼쪽에 주어진 벡터를 오른쪽에 주어진 벡터들의 일차결합으로 나타내어라.

(a)

(3

−1

),

{(5

5

),

(2

1

)}

(b)

5

−3

5

,

−1

1

1

,

2

−1

1

,

0

0

1

Answer (a)

(3

−1

)= −

(5

5

)+ 4

(2

1

)

(b)

5

−3

5

= −

−1

1

1

+ 2

2

−1

1

+ 4

0

0

1

12. 삼식이는 총 180만원을 세 종류의 주식에 나누어 투자하였다. 세 주식의 주당 가격과

수익률은 다음 표와 같다.

주식 가격(천원) 수익률(%)

A 20 4

B 15 2

C 12 3

주식은모두 120주이고수익금이 5만 4천원이었을때갖고있는각주식의수를구하여라.

Answer A : 30, B : 40, C : 50

13. 소비행렬 A에 대하여

(I −A)−1 =

1.2 0.4 0.2

0.4 1.3 0.2

0.3 0.2 1.5

이다. 섹터 1의 외부수요가 하나 늘면 생산량에는 어떤 변화가 있는가?

Answer 섹터 1의 생산량은 1.2단위, 섹터 2의 생산량은 0.4단위, 섹터 3의 생산량은 0.3단위 늘어

나야 한다.

38

14. 소비행렬

A =

(0.2 0.4

0.4 0.3

)에 대하여

(a) 외부수요벡터가 d =

(100

150

)일 때 생산벡터 x를 구하여라.

(b) 첫번째 섹터의 외부수요가 하나 많아지면 생산벡터에는 어떤 변화가 생기는가?

(c) 두번째 섹터의 외부수요가 하나 많아지면 생산벡터에는 어떤 변화가 생기는가?

Answer (a) x =

(325

400

)(b) 첫번째 생산량은 1.75단위, 두번째 생산량은 1 단위를 늘려야 한다.

(c) 첫번째 생산량은 1단위, 두번째 생산량은 2단위를 늘려야 한다.

15. 소비행렬

A =

0.2 0.4 0.4

0.4 0.2 0.2

0.4 0.2 0.2

에 대하여

(a) 외부수요벡터가 d =

80

120

100

일 때 생산벡터 x를 구하여라.

(b) 첫번째 섹터의 외부수요가 하나 많아지면 생산벡터에는 어떤 변화가 생기는가?

(c) 세번째 섹터의 외부수요가 하나 많아지면 생산벡터에는 어떤 변화가 생기는가?

Answer (a) x =(

850 760 740)t

(b) 1,2,3섹터의 생산량이 각각 15/4,5/2, 5/2단위가 늘어난다. (c) 1,2,3섹터의 생산량이

각각 5/2, 2, 3단위가 늘어난다.

39

연습문제 4.4

1. 2× 2 가역행렬 A의 모든 항이 정수라고 하자.

(a) A−1의 모든 항이 정수이면 det(A) = 1, 또는, det(A) = −1임을 보여라.

(b) 역으로 det(A) = 1, 또는, det(A) = −1이면 A−1의 모든 항은 정수임을 보여라.

Answer 생략

2. A가 멱등행렬일 때, 즉, A2 = A 일 때 det(A)의 값은 얼마인가?

Answer 1 또는 0

3. 영행렬이 아닌 정사각행렬 A가 자연수 m > 1에 대하여 Am = O이라고 하자. det(A)의

값은 얼마인가?

Answer 0

4. U tU = In인 정사각행렬 U에 대하여 det(U) = 1, 또는 det(U) = −1임을 보여라.

Answer det(U t) = det(U)이므로 det(U tU) = [det(U)]2 = 1 따라서 det(U) = 1 또는 det(U) =

−1이다.

5. 정사각행렬 A,B에대하여 P−1AP = B인가역행렬 P가존재하면 det(A) = det(B)임을

보여라.

Answer 생략

6. 다음 행렬의 행렬식을 여인수전개로 구하여라.

(a)

a b 0

0 a b

a 0 b

(b)

1 −1 0 3

2 5 2 6

0 1 0 0

1 4 2 1

(c)

6 0 0 5

1 7 2 −5

2 0 0 0

8 3 1 8

(d)

0 0 0 2

0 0 −3 3

0 −1 2 −5

7 11 17 19

Answer (a) a2b+ ab2 (b) 4 (c) 10 (d) 42

7. 다음 행렬의 기약행사다리꼴을 구하고 행렬식을 구하여라.

A =

1 1 1 1 1

1 2 2 2 2

1 1 3 3 3

1 1 1 4 4

1 1 1 1 5

40

Answer 기약행사다리꼴

1 1 1 1 1

0 1 1 1 1

0 0 2 2 2

0 0 0 3 3

0 0 0 0 4

, 24

8. 행렬 A,B,C가 다음과 같을 때

A =

a+ α b+ β c+ γ

d e f

g h i

, B =

a b c

d e f

g h i

, C =

α β γ

d e f

g h i

det(A) = det(B) + det(C)

임을 보여라.

Answer 생략

9. 다음과 같이 주어졌을 때

det

a b 1

c d 1

e f 1

= 5, det

a 1 b

c 2 d

e 3 f

= 11

다음 행렬식을 구하여라.

(a) det

a+ b 1 b

c+ b 1 d

e+ b 1 f

(b) det

a c e

3 6 9

b d f

(c) det

a b 2

c d 3

e f 4

(d) det

a 3 b

c 5 d

e 7 f

Answer (a) −5, (b) 33, (c) −6, (d) 17

41

연습문제 4.5

1. 행렬 A =

(1 k

1 1

)가 서로 다른 두 개의 실수 특성치를 가질 때 k의 값의 범위를

구하여라.

Answer k < 1

2. 행렬 A가 다음과 같을 때 특성치를 모두 구하여라.

(a) A =

(a b

b −a

)(b) A =

(a b

b a

)

Answer (a) r = ±√a2 + b2 (b) a± b

3. 2× 2 행렬 A의 특성치를 r1, r2라고 하면

(a) tr(A)는 행렬 A의 대각합이라고 할 때

tr(A) = r1 + r2, det(A) = r1r2

임을 보여라.

(b) tr(A) = 5, det(A) = 6일 때, A의 특성치를 구하여라.

(c) 2 det(A) = tr(A)2 − tr(A2)임을 보여라.

Answer (b) 2,3

4. 행렬 A =

(−1 2

3 0

)에 대하여

(a) A의 특성치와 특성벡터를 구하여라.

(b) A2의 특성치와 특성벡터를 구하여라.

(c) A−1의 특성치와 특성벡터를 구하여라.

Answer (a)−3,

(−1

1

), 2,

(2

3

)(b) 9,

(−1

1

), 4,

(2

3

)(c)−1/3,

(−1

1

), 1/2,

(2

3

)

5. 다음 행렬의 특성치를 구하고 그에 대응하는 특성벡터를 구하여라.

(a) A1 =

(1 2

0 3

)

(b) A2 =

(0.5 0.25

0.5 0.75

) (c) A3 =

(0 2

3 1

)

(d) A4 =

(6 3

2 7

)

42

Answer (a) r1 = 1,v1 =

(1

0

), r2 = 3,v2 =

(1

1

)

(b) r1 = 1,v1 =

(1

2

), r2 = 1/4,v2 =

(1

−1

)

(c) r1 = −2,v1 =

(1

−1

), r2 = 3,v2 =

(2

3

)

(d) r1 = 4,v1 =

(3

−2

), r2 = 9,v2 =

(1

1

)

6. 문제 5의 행렬에 대하여 A9i

(3

1

), i = 1, 3을 구하여라.

Answer

(19685

19683

),

(30776

47956

)7. A가 대칭인 2× 2 행렬이라고 하자.

A =

(a b

b c

)

(a) A의 특성치는 항상 실수임을 보여라.

(b) A가 중복도가 2인 특성치를 가질 때 어떤 모양인지 구하여라.

Answer (a) D = (a− c)2 + b2 ≥ 0 (b) A = aI2

8. 2× 2 행렬 A와 At는 같은 특성치를 가짐을 보여라.

Answer 생략

9. v가 n×n행렬 A의특성벡터이고,이때특성치가 r이라고하자.그러면 v가 A2−3A−5I

의 특성벡터가 됨을 보여라. 이때 특성치는 무엇인가?

Answer r2 − 3r − 5

10. 다음과 같이 점화식으로 정의된 수열을 생각해 보자.

xn+2 = a1xn+1 + a0xn

yn = xn+1,x =

(xnyn

)라고 하자.

(a) 다음 식을 만족하는 2× 2 행렬 A를 구하여라.

xn+1 = Axn

(b) A의 특성방정식을 구하여라.

Answer (a) A =

(0 1

a0 a1

)(b) r2 − a1r − a0 = 0

43

11. 위의 문제를 이용하여 다음 점화식의 일반해를 다음과 같이 구하여라.

xn+2 = −2xn+1 + 3xn, x0 = 1, x1 = 2

(a) 다음 식을 만족하는 2× 2 행렬 A를 구하여라.

xn+1 = Axn

(b) A의 특성치와 이에 대응하는 특성벡터를 구하여라.

(c) x0 =

(1

2

)를 특성벡터의 일차결합으로 나타내어라.

(d) xn을 구하여라.

(e) xn을 구하여라.

Answer (a) A =

(0 1

3 −2

)(b) r1 = 1,v1 =

(1

1

), r2 = −3,v2 =

(1

−3

)

(c)

(1

2

)=

5

4

(1

1

)− 1

4

(1

−3

)(d) xn =

5

4

(1

1

)− 1

4(−3)n

(1

−3

)(e) xn = 5

4 −14 (−3)n

44

연습문제 4.6

1. 다음 추이도표로 나타내어지는 추이행렬을 구하여라.

(a)

1 214_ 1

3_

23_

34_

(c)

1 2

3

0.5

0.5

0.25

0.75

1

(b)

1 212_

12_

1

(d)

1 2

3

1

11

(e)

1 2

12_ 1

2_1

2_

43

12_ 1

2_1

2_

12_ 1

2_

(f)

1 2

23_

13_1

3_

23_

431 1

Answer (a)

(1/4 3/4

2/3 1/3

)(b)

(0 1

0.5 0.5

)(c)

0.5 0.5 0

0.25 0 0.75

0 0 1

(d)

0 1 0

0 0 1

1 0 0

(e)

0.5 0.5 0 0

0.5 0 0.5 0

0 0.5 0 0.5

0 0 0.5 0.5

(f)

1 2/3 0 0

0 0 2/3 0

0 1/3 0 0

0 0 1/3 1

2. 다음 행렬이 추이행렬이 되는지 판단하고 추이행렬인 경우 추이도표를 그려라.

45

(a) M =

(0.4 0.8

0.6 0.2

)

(b) M =

0.5 0.5 0

0.2 0.3 0.5

0.4 0.2 0.4

(c) M =

(0.2 0.8

0.9 0.1

)

(d) M =

0.1 0.3 0.6

0.6 0.5 −0.1

0.3 0.2 0.5

Answer (a), (d) 추이행렬이 아니다.

(b)

1 2

3

0.5

0.50.2

0.5

0.3

0.4

0.4

0.2

(c)

1 20.2

0.8

0.9

0.1

3. 마코프연쇄의 추이행렬 M과 초기분포 p0가 다음과 같다. 2단계 추이행렬을 구하고 2

단계의 확률분포를 구하여라.

(a) M =

(0.5 0.5

0 1

), p0 =

(1 0

)(b) M =

(0.3 0.7

0.7 0.3

), p0 =

(0.4 0.6

)

(c) M =

0.5 0.5 0

0 0.5 0.5

0.5 0.5 0

, p0 =(

0.25 0.5 0.25)

(d) M =

0.1 0.1 0.8

0 1 0

0.8 0.1 0.1

, p0 =(

1 0 0)

Answer (a)

(0.25 0.75

0 1

),(

0.25 0.75)

(b)

(0.58 0.42

0.42 0.58

),(

0.484 0.516)

(c)

0.25 0.5 0.25

0.25 0.5 0.25

0.25 0.5 0.25

,(

0.25 0.5 0.25)

(d)

0.65 0.19 0.16

0 1 0

0.16 0.19 0.65

,(

0.65 0.19 0.16)

4. 마코프연쇄의 추이행렬 M이 다음과 같을 때 극한안정분포를 구하여라.

46

(a) M =

(0.7 0.3

0.3 0.7

)(b) M =

(0.4 0.6

0.8 0.2

)

Answer (a) (0.5, 0.5) (b) (4/7,3/7)

5. 추이행렬 M이 다음과 같을 때 mini,j

p(2)ij > 0임을 보이고 lim

n→∞Mn을 구하여라.

(a) M =

(0 1

0.25 0.75

)(b) M =

0.5 0.5 0

0 0.5 0.5

0.5 0.5 0

Answer (a) limn→∞

Mn =

(0.2 0.8

0.2 0.8

)(b) lim

n→∞Mn =

0.25 0.5 0.25

0.25 0.5 0.25

0.25 0.5 0.25

6. K 은행 전산실은 매일 아침 현금인출기를 점검하여 정상이면 상태 1, 고장이면 상태 2로

분류한다. 고장난 현금인출기 가운데 80%는 그 날 중으로 수리가 가능하고 아침 점검시

정상이었던 현금인출기가 다음 날 점검시까지 고장날 확률은 5%라고 한다.

(a) 추이행렬을 구하여라.

(b) 오늘아침정상인현금인출기가사흘후점검할때까지계속정상일확률을구하여라.

(c) 오늘 아침 정상인 현금인출기가 사흘 후 점검할 때 고장일 확률을 구하여라.

(d) 오늘 모든 현금인출기가 정상일 때, 1년 후 정상인 현금인출기의 비율을 근사적으로

구하여라.

Answer (a) M =

(0.95 0.05

0.8 0.2

)(b) 0.953 = 0.857375 (c) (M3)12 = 0.058625 (d) 16/17

7. 전국을서울,수도권,비수도권으로구분한다고하자.매해서울인구의 3%는수도권으로,

1%는 비수도권으로 이주한다. 수도권 인구는 매해 2%가 서울로, 1%는 비수도권으로 이

주한다. 비수도권의 인구는 2%가 서울로, 3%는 수도권으로 이주한다고 한다. 현재 전체

인구의 25%가 서울에, 15%가 수도권에 거주한다고 한다.

(a) 올해서울에살고있는사람이앞으로 3년동안계속서울에거주할확률을구하여라.

(b) 내년 지역별 인구 비율을 구하여라.

(c) 50년 후 지역별 인구비율을 극한안정분포를 이용하여 근사적으로 구하여라.

Answer (a) 0.963 = 0.884736 (b) 서울 25.5%, 수도권 17.1%, 비수도권 57.4%

(c) 서울 : 수도권 : 비수도권 = 2:3:1

8. 추이행렬 M = (pij)N×N이 j = 1, 2, . . . , N에 대하여 다음 성질을 만족한다.

N∑i=1

pij = 1

47

mini,j

pij > 0일 때, (1/N, 1/N, . . . , 1/N)은 극한안정분포임을 보여라.8

Answer 생략

9. 추이행렬이

M =

(p 1− p

1− p p

)일 때 수학적 귀납법으로 n 단계 추이행렬은 다음과 같음을 보여라.

M (n) =

(12 + 1

2 (2p− 1)n 12 −

12 (2p− 1)n

12 −

12 (2p− 1)n 1

2 + 12 (2p− 1)n

)

Answer 생략

10. 어느 국회의원이 다음 선거에 출마할 것인가에 대하여 A1이라는 사람에게 말하였다고

한다. A1 은 이것을 A2에게, A2는 A3에게, · · · , 이렇게 그 말을 들은 사람은 반드시 다른한사람에게전한다고한다.이때,각사람이그다음사람에게들은내용을반대로전하는

확률이 0.1이라한다.그국회의원이출마한다고말했을때 n번째사람이출마한다고말할

확률은 얼마인가? 단, n은 아주 큰 자연수라고 하고 근사적으로 확률을 구하여라.

Answer 12 + 1

2 ( 45 )n ≈ 1

2

11. 정사각형의 네 꼭지점을 시계반대방향으로 각각 1, 2, 3, 4라고 하자. 세 개의 동전을

던졌을 때 나온 앞면의 수만큼 시계반대방향으로 움직인다. n 단계 후의 위치에 대하여,

(a) 추이행렬 M을 구하여라.

(b) 1에서 출발하여 3단계 후 2에 있을 확률을 구하여라.

(c) 극한안정분포를 구하여라.

Answer (a) M =

1/8 3/8 3/8 1/8

1/8 1/8 3/8 3/8

3/8 1/8 1/8 3/8

3/8 3/8 1/8 1/8

(b) (M3)12 = 17/64 (c) (0.25, 0.25, 0.25, 0.25)

8Hint. (1/N, 1/N, . . . , 1/N)M = (1/N, 1/N, . . . , 1/N)임을 보인다.