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수학책을 탈출한 미적분 : 일상 생활 속 숨은 미적분 찾기 (원제:腦洞大開的微積分.)
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분류 미적분학
저자 류치 , 류치 ( 역자 : 이지수, 이지수 )
출판사/발행일 동아엠앤비 / 2020.07.10
페이지 수 256 page
ISBN 9791163632177
상품코드 333852314
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책내용
수학에 대한 단상 수학이라는 과목은 여타 과목과는 확실히 다르다. 말로 풀어서 설명해 주기보다는 기호로 압축해 버린다. 주먹구구로 셈을 할 수 있는 수들을 넘어서면 음수, 분수, 그리고 소수가 등장하고 덧셈, 뺄셈만 배우다가 어느날 곱셈, 나눗셈이 동시에 등장한다. 이게 수학인가? 과연 이것이 실생활에 얼마나 도움이 될까 의심해 본 적이 많을 것이다. 그러나 수학은 실용적인 학문이다. 단순한 계산을 넘어 물건을 나누고 이자를 계산하는 일부터 지구의 크기를 구하는 문제까지 일상생활과 밀착되어 있는 것이 수학이다. 사실 수학은 인간이 생각을 하게 된 때부터 등장했고, 문명이 발달한 곳에서는 어김없이 수학이 자리를 잡고 문명의 기틀이 되어 주었다. 결국, 수학은 필요에 의해 탄생한 학문이라 할 수 있으며, 수천 년에 걸친 인간 지성의 정수가 담겨 있다. 수학은 인간으로 하여금 계속 생각을 하게 한다. 여기에서의 생각은 사유라고 보면 된다. 고대의 철학자들이 대부분 수학자였다는 것은 이와도 관계있을 것이다. 사실 수학은 생각하는 학문이다. 논리적으로 대입하고 적용하면 하나도 어려울 것이 없다. 수학을 공부하는 것이 대학 진학을 위해서가 아니라 수학에서 배운 것을 실생활에서 활용하고 우리 삶을 윤택하고 풍요롭게 해 주는 도구라고 생각한다면 수학에 더 쉽게 접근할 수 있는 길을 열어 줄 수 있게 될 것이다. 직업을 선택할 때에도 수학은 중요하다. 어느 직종이든 논리적인 사고력과 의사 결정, 문제 해결 능력 등 수학적인 능력이 없이는 제대로 과제를 수행하기 힘들기 때문이다. 이는 수학이 문제를 풀어 가는 과정이라는 것을 의미한다. 우리 삶도 어떻게 보면 수학의 어려운 문제처럼 얽혀 있는 여러 가지 난제를 풀어 가는 과정일지도 모른다. 수학을 즐겨 보자. 그러면 인생을 즐기게 될 것이다. ■ 생활 속에 녹아든 미적분의 원리를 깨닫는 상황 1. 복사집에서 방대한 양의 책을 축소 복사할 때 복사용지가 얼마만큼 필요할까? 지불해야 할 비용과 축소 복사할 쪽수, 축소 비율의 대응 관계는 어떻게 구할 수 있을까? 2. 고속 철도 안에서 열차의 속도는 얼마나 될까? 열차의 운행 노선은 어떻게 정해질까? 열차 시간표를 어떻게 하면 수학적으로 표현할 수 있을까? 3. 주방에서 만두를 빚기 위해 밀가루로 반죽을 만들 때 밀가루와 물을 얼마의 비율로 넣어야 할까? 만두피의 넓이에 따라 필요한 만두소는 얼마일까? 4. 주식 시장에서 어떤 주식의 가치가 올라갈지 떨어질지 어떻게 예측할 수 있을까? 주식 시장을 분석하려면 어떻게 해야 할까? 반등폭과 상승폭이 있는 주식은 어떨 때 사야 할까? 5. 교량 공사장에서 오픈식 아치형 돌다리는 어떻게 설계할까? 일정한 유속을 지닌 강물이 하루에 돌다리를 흘러가는 양은 얼마나 될까? 6. 스스로 옷을 만드는 나 만약 옷 한 벌을 직접 만들어 입는다면 천이 얼마나 필요할까? 7. 어항을 고를 때 어항의 수압은 어떻게 계산할까? 어떤 어항이 물고기에게 좋은 것일까? 8. 음주와의 관계 술을 마셨을 때 알코올이 체내에 어떻게 분포될까?
목차
추천의 글 1 ㆍ 005 / 추천의 글 2 ㆍ 008 / 서문 ㆍ 011 제 I 장 축소 복사로 얻는 이득 축소 복사에 필요한 복사용지의 수량 ㆍ 017 / 다변수함수에 능통한 복사집 사장님 ㆍ 025 / 문구점과 집합론 ㆍ 027 / 볼펜은 필기구일까 플라스틱 제품일까 ㆍ 032 제 II 장 명절날 고속 열차를 타고 열차 운송에 숨겨진 수학 ㆍ 041 / 고속 열차에서 발견한 대칭 ㆍ 049 / 핵심적 역할을 하는 두 가지 극한 1 ㆍ 052 / 무한소의 비교 ㆍ 056 / 핵심적 역할을 하는 두 가지 극한 2 ㆍ 058 / 극한이 왜 중요한가 ㆍ 061 / 심화 문제 ㆍ 061 제 III 장 만두용 밀가루 반죽의 적당한 크기 수학 모형 ㆍ 067 / 수학적 직관과 운 ㆍ 070 / 밀가루 반죽의 모형 ㆍ 072 / 도함수 공식 ㆍ 074 / 도함수 공식의 유도 과정 ㆍ 076 / 도함수의 계산 법칙 ㆍ 078 / 합성함수의 미분 ㆍ 079 / 역함수와 역함수의 미분 ㆍ 080 / 중국어 방과 블랙박스 모형 ㆍ 082 / 심화 문제 ㆍ 084 제 IV 장 구슬아 굴러 굴러 도함수의 존재 법칙 ㆍ 087 / 롤의 정리 ㆍ 090 / 라그랑주의 평균값 정리 ㆍ 091 / 갈릴레오의 고뇌 ㆍ 093 / 테일러 전개식 ㆍ 094 / 심화 문제 ㆍ 099 제 V 장 나는 주식왕 주식 시장의 기복 ㆍ 107 / 곡선 맞춤 ㆍ 107 / 함수를 논하다 ㆍ 108 / 일반적인 직선과 수직선 ㆍ 110 / 원 ㆍ 111 / 원에서 타원까지 ㆍ 113 / 3차 스플라인(다항식 곡선) ㆍ 116 / 함수의 단조성과 변곡점 ㆍ 118 / 극값 ㆍ 120 / 더 좋은 주식: 볼록성 ㆍ 122 / 심화 문제 ㆍ 126 제 VI 장 우리 마을에 아치형 다리를 세우자 자오저우교(趙州橋) ㆍ 131 / 또 다른 곡선 맞춤 ㆍ 131 / 기본 적분표 ㆍ 134 / 모듈화 사고와 부정적분 정의의 확장 ㆍ 135 / 적분 공식의 증명 ㆍ 137 / 적분표의 확장 ㆍ 139 / 심화 문제 ㆍ 140 제 VII 장 옷 한 벌에 들어가는 천 옷 DIY의 유행 ㆍ 155 / 부정적분을 다시 살펴보다 ㆍ 155 / 상수 C의 표시 여부 ㆍ 158 / 부정적분에서 정적분까지 ㆍ 159 / 덧셈의 방향 ㆍ 163 / 기존의 넓이 공식 ㆍ 165 / 높은 차원에서의 넓이 공식 ㆍ 166 / 원과 타원 ㆍ 167 / 신기한 직각삼각형 ㆍ 171 / 본질이 변하지 않는 평행사변형 ㆍ 175 / 곡선사다리꼴의 넓이 구하기 ㆍ 180 / 심화 문제 ㆍ 183 제 VIII 장 만두소가 많이 든 만두가 맛있다 많이 빚을까 적게 빚을까 ㆍ 185 / 원의 넓이에서 원의 둘레까지 ㆍ 185 / 호의 길이 공식 ㆍ 187 / 호의 길이 공식의 검증 ㆍ 189 / 겉넓이 구하기 ㆍ 191 / 부피 구하기 ㆍ 192 / 겉넓이를 다시 논하다 ㆍ 193 / 자주 저지르는 계산상의 오류 ㆍ 194 / 중적분 탐색 ㆍ 194 / 만두소가 모자라면 어떻게 할까? ㆍ 195 / 심화 문제 ㆍ 197 제 IX 장 어항 고르기 물고기 키우기 ㆍ 199 / 수압의 계산 ㆍ 199 / 수학과 물리 ㆍ 201 / 변화하는 힘에 대한 작용 ㆍ 203 / 심화 문제 ㆍ 203 제 X 장 음주 운전은 안 돼요 알코올 중독 ㆍ 205 / 케플러와 미분방정식 ㆍ 205 / 미분방정식 탐색 ㆍ 206 / 동차방정식 ㆍ 208 / 1차 선형방정식 ㆍ 210 / 미분방정식 모형 ㆍ 211 / 심화 문제 ㆍ 213 [부록1] 이 책에 사용된 부호 체계 ㆍ 216 / [부록2] 공식 및 증명 ㆍ 217 / [부록3] 적분표 ㆍ 231 / [부록4] 다변수함수의 미적분 ㆍ 250 / [부록5] 심화 문제 답변 예시 ㆍ 252
본문중에서
수학은 상상했던 것만큼 어렵고 복잡한 것만은 아니다. 수학 문제에 주로 등장하는 것은 일변수함수이지만 다변수함수 역시 일상생활과 관련된 문제들을 해결할 때 유용하다. 수학은 고대의 결승 문자부터 시작하여 인류의 생활에 많은 편리함을 주었다. 일상생활 곳곳에도 재미있는 수학 문제들이 숨어 있다는 것을 알 수 있다. -p27, 다변수함수에 능통한 복사집 사장님 수학이 재미있다는 것을 여기에서도 발견할 수 있다. ‘아무것도 없는 것’인데도 이것을 하나의 상태나 집합으로 여긴다는 것이다. 모든 집합은 아무것도 없는 상태일 수도 있고, 아무것도 없는 상태를 포함할 수도 있다. 이는 어떤 숫자에 0을 더하면 다시 그 숫자가 되는 것과 같다. 그러므로 공집합은 모든 집합의 부분집합이 될 수 있다. -p31, 문구점과 집합론 열차의 순간 속도는 어떻게 구할 수 있을까? 이 과정을 어떤 순간에 열차가 지나간 거리를 구하는 것으로 생각해 보면 어떨까? 물리학자의 말을 빌리면, 아주 짧은 시간 안에는 관찰할 수 있을 만한 속도의 변화가 일어나지 않는다고 한다. 그러므로 짧은 순간 동안에는 열차가 등속 운동을 한다고 생각하면 된다. -p47, 열차 운송에 숨겨진 수학 수학 모형은 영화 촬영에 사용하는 축소 모형과 비슷한 점이 많다. 예를 들어 사극을 찍을 때 실제 궁궐을 배경으로 촬영하기도 하지만 가짜 궁궐 세트를 만들어 촬영하게 된다. 궁궐은 모조품이지만 시각적인 효과에서 별 차이가 없으므로 촬영하는 데에는 아무런 문제가 없다. 또 위험한 장면을 촬영할 때에는 실제 배우 대신 스턴트 배우를 대역으로 쓰기도 하고, 지진이나 해일 같은 재난 장면을 촬영할 때에는 축소 모형이나 컴퓨터 그래픽으로 실제 같은 장면을 연출한다. -p67, 수학 모형 처음 시작할 때에는 곡선의 기울기 변화가 크지만 곧바로 완만해진다. 이는 우리가 밀가루를 처음 반죽할 때 밀가루를 넣으면 처음에는 반죽의 크기가 점점 커지는 것을 뚜렷하게 확인할 수 있지만 반죽의 크기가 임곗값에 다다랐을 때는 밀가루를 더 넣어도 크기의 변화가 뚜렷하게 나타나지 않으며, 육안으로도 구분하기 어려워진다는 것을 의미한다. 이때 기울기는 0에 가까워지지만 완벽한 0이 될 수는 없다. -p74, 밀가루 반죽의 모형 어떤 사람은 함수를 카메라에 비유하기도 한다. 카메라가 사진 찍히는 사람의 외모를 기록하는 과정을 반영하는 것과 비슷하기 때문이다. 사진을 찍는 과정은 사상, 사진의 원판은 종속변수, 사진 찍히는 사람은 독립변수인 셈이다. 만약 사진기가 움직이지 않는다면 사진을 찍히는 사람이 서 있는 위치는 일정한 범위가 있을 테고, 양쪽에 너무 치우치게 서 있다면 사진이 제대로 찍히지 않을 것이다. 이러한 범위는 함수의 정의역이라 할 수 있다. 물론 요즘에는 성능이 좋은 카메라가 많기 때문에 어떤 각도에서도 풍경을 모두 담아낼 수 있다. 이런 경우 정의역은 마이너스 무한대에서 무한대까지이다. -p108, 함수를 논하다 거시적인 시각과 미시적인 시각에 대하여 이야기해 보자. ?x와 ?y가 나타내는 것은 거시적인 차이이다. 길이가 매우 짧더라도 명확히 길이를 잴 수 있다면 이는 거시적인 차이로 간주한다. 반면 라이프니츠가 발명한 dx와 dy가 표시하는 것은 미시적으로 아주 짧은 구간이다. 그래서 아무리 정확한 자가 있다 하더라도 길이를 측정할 수 없다. -p163, 덧셈의 방향 원의 둘레를 구할 때 원의 넓이에서 조금 작은 원의 넓이를 뺀 다음 반지름의 차로 나누면 된다고 설명하였다. 마찬가지로 구의 겉넓이를 구할 때에도 구의 부피에서 조금 작은 구의 부피를 뺀 다음 반지름의 차로 나누면 된다. 앞서 이러한 방법을 통해 원의 둘레를 구하는 것은 넓이의 도함수를 구하는 것과 같다는 사실을 증명했다. 따라서 구의 겉넓이는 부피의 도함수를 구하는 것이다. -p193, 겉넓이를 다시 논하다 앞에서 이야기했던 것처럼 미적분이 나오기 전에 학자들은 대부분 정지되어 있는 상태를 연구하였다. 그렇다면 시간에 따라 변하는 사물에 대해서는 반드시 미적분의 개념을 통해 연구해야 한다. 미분방정식 모형은 바로 변화하는 사물이나 현상을 간소화시켜 만든 모형이다. 전염병 연구, 약물의 체내 분포, 인구 예측 등 연구와 미분방정식 모형은 불가분의 관계이다. 미분방정식 모형은 임상의학과 약리학의 발전에도 많은 영향을 미쳤으며, 나중에는 ‘약물동태학’이라는 새로운 과학 분야가 생겨나기도 하였다. -p211, 미분방정식 모형

저자
류치
그래픽 디자이너이자 해커이며 수학의 달인. 2004년 프로그래머로 데뷔한 이후 Rust프로그래밍 언어와 Servo의 중국 현지 인터페이스 제공을 필두로 『Rust프로그래밍언어』를 비롯한 여러 편의 외국 학술 논문 번역을 이끄는 등 다방면에서 활약하고 있다. 또한 『타원 면적 공식 도출방법 비교』, 『인육(人肉)의 오일러에 대한 도전계획』, 『먹는 것 그 밖의 세계: 씹고 삼키기의 수학』 등 자신의 경험과 수학을 접목한 서적들을 집필해 큰 인기를 끌었다. 현재 개인 계정에 『모모지지의 C언어: C언어 입문부터 통달까지』를 연재하고 있다.
류치

역자
이지수
중앙대학교 국제대학원 한중 전문통번역학과를 졸업하고 현대자동차에서 전문 통번역사로 일했다. 문학, 인문, 실용, 아동서 분야의 전문 번역 작가로 원서의 배경과 문화를 잘 살피면서도 우리 작가의 글처럼 자연스럽게 읽혀야 한다는 생각으로 번역에 임하고 있다. 현재는 번역 에이전시 엔터스코리아에서 출판 기획 및 중국어 전문 번역가로 활동하고 있다. 주요 역서로는 『어떻게 살아야 할지 막막한 너에게』『성장을 꿈꾸는 너에게』『수학책을 탈출한 미적분』『착하게 살았다면 큰일 날 뻔했다』『나는 오늘부터 내 감정에 지지 않기로 했다』『기질 속에 너의 길이 있다』『내 인생 내버려 두지 않기』『사소한 것들로부터의 위로』『나만의 무기』등이 있다.
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이지수
중앙대학교 국제대학원 한중 전문통번역학과를 졸업하고 현대자동차에서 전문 통번역사로 일했다. 문학, 인문, 실용, 아동서 분야의 전문 번역 작가로 원서의 배경과 문화를 잘 살피면서도 우리 작가의 글처럼 자연스럽게 읽혀야 한다는 생각으로 번역에 임하고 있다. 현재는 번역 에이전시 엔터스코리아에서 출판기획 및 중국어 전문 번역가로 활동하고 있다. 주요 역서로는 『어떻게 살아야 할지 막막한 너에게』, 『성장을 꿈꾸는 너에게』, 『나는 오늘부터 내 감정에 지지 않기로 했다』, 『한 그릇에 담는 중국 가정식』, 『떠나기 전에 나를 깨워줘』, 『1초 만에 잠드는 방법』, 『발레나 해 볼까: 몸치인 그대를 위한 그림 에세이』, 『수학책을 탈출한 미적분』, 『그때 당신이 거기에 있었다』, 『기질 속에 너의 길이 있다』, 『동자승의 하루』, 『착하게 살았다면 큰일 날 뻔했다』, 『내 인생 내버려 두지 않기』, 『동화의 숲』, 『동화의 마음』, 『엄마, 내 마음속을 봐주세요』, 『내 안의 나와 나누는 대화』, 『사소한 것들로부터의 위로』, 『나만의 무기』, 『이것은 누구나의 사랑』, 『마법의 수학암호를 풀어라』, 『끊을 수 없는 달콤함』, 『인생의 6년은 아빠로 살아라』, 『사랑 우리가 놓친 것은』, 『뚜뚜베어의 교통기관 시리즈 1-4』, 『달과 소년』, 『1, 2, 3, 4 영어회화』, 『왼쪽으로 가는 여자 오른쪽으로 가는 남자』 등이 있다.
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