jagomart
digital resources
picture1_F556ad6eaeb6efeeda61161d7a63c6d7 Mit18 01sc Pset2sol


 155x       Filetype PDF       File size 0.49 MB       Source: ocw.mit.edu


File: F556ad6eaeb6efeeda61161d7a63c6d7 Mit18 01sc Pset2sol
solutions to 18 01 exercises 2 applications of dierentiation 2a approximation d b b 2a 1 dx a bx f x a x by formula 2 a bx 2 a ...

icon picture PDF Filetype PDF | Posted on 25 Jan 2023 | 2 years ago
Partial capture of text on file.
                                                SOLUTIONS TO 18.01 EXERCISES 
                                                2.  Applications of Differentiation 
                                                          2A. Approximation 
                                     d √               b                 √       b
                             2A-1  dx  a + bx =  √            ⇒  f(x) ≈    a +  √ x by formula. 
                                                   2 a + bx                    2 a 
                                                            � 
                                             √           √        bx    √       bx 
                                By algebra:    a + bx =  a  1+       ≈ a(1 +       ),  same as above. 
                                                                   a            2a 
                             2A-2  D(  1  ) =         −b      ⇒  f(x) ≈ 1 −  b x; OR:       1    = 1/a        ≈ 
                                                           2                   2 
                                        a + bx     (a + bx)              a    a          a + bx    1+ b/ax 
                              1     b 
                               (1 −  x). 
                              a     a 
                                               3/2              3         3/2         3/2 
                                        (1 + x)       (1+2x) · 2 · (1 + x)   − (1 + x)    · 2    �        1 
                             2A-3  D( 1+2x  )=                      (1 + 2x)2                ⇒ f (0) = − 
                                                                                                          2 
                                                                                 3/2 
                                                   1                      (1 + x)          3                1 
                                     ⇒ f(x) ≈ 1−  x; OR, by algebra,                 ≈ (1+  x)(1−2x) ≈ 1−  x. 
                                                   2                        1 + 2x         2                2 
                                         h                    g                2                       2h 
                             2A-4  Put R = �; then w = (1+ �)2  ≈  g(1 − �)      ≈  g(1 − 2�) = g(1 −  R ). 
                             2A-5  A reasonable assumption is that w is propotional to volume v, which is in 
                             turn proportional to the cube of a linear dimension, i.e., a given person remains 
                                                                                             3; since 5 feet = 60 
                             similar to him/herself, for small weight changes.) Thus w = Ch
                             inches, we get 
                              w(60 + �)    C(60 + �)3        �  3                           3�             1 
                                        =         3   = (1+  ) ⇒ w(60+�) ≈ w(60)·(1+          ) ≈ 120·(1+    ) ≈ 126.
                                w(60)        C(60)           60                             60            20
                                [Or you can calculate the linearization of w(h) arround h = 60 using derivatives, 
                             and using the value w(60) to determine C. getting w(h) ≈ 120 + 6(h − 60) 
                                COPYRIGHT  DAVID  JERISON  AND  MIT  1996,  2003 
                                                                      1 
                                 E. Solutions to 18.01 Exercises                         2.  Applications of Differentiation 
                                 2A-6  tan θ = sin θ  ≈         θ     ≈ θ(1 + θ2//2) ≈ θ 
                                                   cos θ    1 − θ2/2 
                                            sec x             1                     1                 1             2
                                 2A-7  √          2  =      √       2  ≈       1 2        1  2  ≈ 1 − x2  ≈ 1+ x
                                            1 − x      cos x   1 − x      (1 −  x )(1 −  x ) 
                                                                               2          2 
                                 2A-8       1    =        1         =     1     =      2 
                                          1 − x          1             1           1 − 2Δx 
                                                    1 − (  +Δx)          − Δx 
                                                         2             2
                                                                        2                  1            1  2 
                                               ≈  2(1 + 2Δx + 4(Δx) )  ≈  2 + 4(x −  ) + 8(x −  )
                                                                                           2            2 
                                                        r  �             r−1   ��                    r−2 
                                 2A-10  y = (1+ x) ,y = r(1 + x)            , y  = r(r − 1)(1 + x)
                                                          �           ��                                     r 
                                 Therefore y(0) = 1,y (0) = r,y (0) = r(r − 1),  giving  (1 + x)                ≈  1 + rx + 
                                  r(r − 1)  2 
                                      2    x . 
                                             k                  −k                  −k        −k       Δv  −k 
                                 2A-11  pv = c  ⇒  p = cv           = c((v +Δv)         = cv     (1 +      )
                                                                           0                 0         v
                                                                                                         0 
                                                   c         Δv     k(k + 1)  Δv  2
                                               ≈ v k (1 − k v     +     2     ( v ) )
                                                   0           0                 0 
                                                ex                x2                              5 
                                                                                  2                  2
                                 2A-12  a)           ≈ (1 + x +      )(1 + x + x ) ≈ 1 +2x +  x 
                                              1 − x                2                              2 
                                         b)  ln(1 + x) ≈       x     ≈ 1 − x 
                                                  x 
                                                xe         x(1 + x) 
                                                2 
                                             −x           2                      x 
                                         c) e     ≈ 1 − x    [Substitute into e ≈ 1+ x] 
                                                                 x2        x2
                                         d) ln(cos x) ≈ ln(1 −  2 ) ≈ − 2  [since ln(1 + h) ≈ h] 
                                                                                               2             2 
                                         e)  x ln x  =  (1 + h) ln(1 + h)  ≈  (1 + h)(h − h )  ≈  h + h         ⇒  x ln x ≈ 
                                                     2                                        2             2 
                                 (x − 1) + (x − 1)
                                                 2 
                                 2A-13  Finding the linear and quadratic approximation 
                                                                               2 
                               2.  Applications of Differentiation                   E. Solutions to 18.01 Exercises 
                                    a) 2x (both linear and quadratic) 
                                    b) 1, 1 − 2x2 
                                               2                −1                     2
                                    c) 1, 1 + x /2 (Use (1 + u)    ≈ 1 − u with u = x /2: 
                                           sec x = 1/ cos x            2             2   −1         2
                                                            ≈ 1/(1 − x /2) = (1 − x /2)     ≈ 1+ x /2 
                                    d) 1, 1 + x2 
                                                   −1             2
                                    e) Use (1 + u)    ≈ 1 − u + u : 
                                                   −1     −1             −1     −1                    2
                                           (a + bx)   = a    (1 + (bx/a))    ≈ a   (1 − bx/a +(bx/a) ) 
                               Linear approximation: (1/a)          2
                                                             − (b/a )x 
                                                                        2       2  3   2 
                               Quadratic approximation: (1/a) − (b/a )x +(b /a )x
                                                                    �                −2       ��        2        −3 
                                    f) f(x) = 1/(a + bx) so that f (1) = −b(a + b)      and f (1) = 2b /(a + b)     . 
                               We need to assume that these numbers are defined, in other words that a + b �= 0. 
                               Then the linear approximation is 
                                                          1/(a + b)             2
                                                                    − (b/(a + b) )(x − 1) 
                               and the quadratic approximation is 
                                              1/(a + b)             2                      3        2 
                                                        − (b/(a + b) )(x − 1) + (b/(a + b) )(x − 1)
                                  Method 2: Write 
                                                        1/(a + bx) = 1/(a + b + b(x 
                                                                                     − 1)) 
                               Then use the expansion of problem (e) with a+b in place of a and b in place of b and 
                                  − 1) in place of x.  The requirement a �= 0 in (e) corresponds to the restriction 
                               (x 
                               a + b �= 0 in (f). 
                               2A-15  f(x) = cos(3x),  f�(x) = −3sin(3x),        f��(x) = −9cos(3x). Thus, 
                               (1)         f(0) = 1,   f(π/6) = cos(π/2) = 0,     f(π/3) = cos π = −1 
                               (2)  f�(0) = −3sin0 = 0,    f�(π/6) = −3sin(π/2) = −3,       f�(π/3) = −3sin π = 0 
                               (3)                 f��(0) = −9,    f��(π/6) = 0,   f��(π/3) = 9 
                                  Using these values, the linear and quadratic approximations are respectively: 
                                                                                            2
                               (4)          for x ≈ 0 :  f(x) ≈ 1  and  f(x) ≈ 1 − (9/2)x 
                               (5)        for x ≈ π/6 :  both are  f(x) ≈ −3(x − π/6) 
                               (6)        for x ≈ π/3 :  f(x) ≈ −1  and  f(x) ≈ −1 + (9/2)(x − π/3)2 
                                                                         3 
                              E. Solutions to 18.01 Exercises                    2.  Applications of Differentiation 
                                 2A-16  a) The law of cosines says that for a triangle with sides a, b, and c, with 
                              θ opposite the side of length c, 
                                                              2    2    2 
                                                             c  = a  + b − 2ab cos θ 
                              Apply it to one of the n triangles with vertex at the origin: a = b = 1 and θ = 2π/n. 
                              So the formula is                   � 
                                                             c =    2 − 2cos(2π/n) 
                                                         � 
                                   b) The perimeter is n  2 − 2cos(2π/n). The quadratic approximation to cos θ 
                              near 0 is 
                                                                cos θ ≈ 1 − θ2/2 
                              Therefore, as n → ∞ and θ = 2π/n → 0, 
                                �                      �                        2     �         2 
                               n  2 − 2cos(2π/n) ≈ n  2 − 2(1 − (1/2)(2π/n) ) = n  (2π/n) = n(2π/n) = 2π 
                              In other words,                   � 
                                                          lim  n  2 − 2cos(2π/n) = 2π, 
                                                         n→∞ 
                              the circumference of the circle of radius 1. 
                                                           2B. Curve Sketching 
                                              3            �     2                          � 
                              2B-1  a) y = x − 3x + 1, y = 3x − 3 = 3(x − 1)(x + 1). y = 0  =⇒    x = ±1. 
                                 Endpoint values: y → −∞ as x → −∞, and y → ∞ as x → ∞. 
                                 Critical values: y(−1) = 3, y(1) = −1. 
                                 Increasing on: −∞ < x < −1, 1 < x < ∞. 
                                 Decreasing on: −1 < x < 1. 
                                 Graph:  (−∞, −∞) � (−1, 3) � (1, −1) � (∞, ∞), crossing the x­axis three 
                              times. 
                                                                   (-1, 3)
                                                                   1a      (1,-1)
                                            4            �    3       �                1/3 
                                   b) y = x − 4x + 1, y = x − 4. y = 0  =⇒    x = 4       . 
                                                                        4 
The words contained in this file might help you see if this file matches what you are looking for:

...Solutions to exercises applications of dierentiation a approximation d b dx bx f x by formula algebra same as above or ax h g put r then w reasonable assumption is that propotional volume v which in turn proportional the cube linear dimension i e given person remains since feet similar him herself for small weight changes thus ch inches we get c ln cos finding and quadratic both use u with sec...

no reviews yet
Please Login to review.