1. 혁명의 시작, 순간 속도를 계산하라: 가속도·011
세상에 움직이지 않는 것은 없다·015│세기의 발견과 가속도의 관계·017│물리학자인 뉴턴은 왜 미분을 고안했을까?·020│도로의 무법자를 잡는 미분·029│뛰는 캥거루 운전자, 그 위를 나는 미분·034│통과 지점은 중요하지 않다, 새로운 가속도 측정법·036│가속도의 법칙으로 떠나는 우주여행·040│스페이스X의 성공 비결, 회전운동과 미분·045
미적분이 만든 미래 │새로운 배송시대의 도래, 드론을 제어하라·050
뉴턴의 꿈은 천체의 움직임, 즉 우주라는 공간에서 시간에 따른 천체의 위치 변화로 만유인력을 이해하는 것이었다. 뉴턴에게 남은 숙제는 이 가속도를 이해하고 수학적으로 기술하는 것이었다. 그리고 이 가속도를 수학적으로 정확히 표현하기 위해서 만든 개념이 바로 미분이다. 미분은 근대에 탄생한 움직임에 관한 수학이다. (중략) 분명한 것은 뉴턴이 자신의 꿈을 이루기 위해 고안한 이 수학 개념이 과학혁명을 이루는 데 일조하고, 300년이 지나 최첨단기술을 만나 다양한 방면에 쓰이고 있다는 사실이다.
2. 자연의 곡선을 구현하기 위한 인간의 언어: 기울기·059
극한과 무한의 역사·063│한계가 없는 수를 설명하는 미적분학·068│기울기로 이해하는 미분·071│도시를 연결하는 곡선 기하학·075│세상을 구성하는 나선의 종류들·080│자연의 아름다움을 담아내는 곡선 디자인·084
미적분이 만든 미래 │자연의 곡선을 그리는 컴퓨터 회화, CG·088
직선과 달리 곡선은 부드럽다고 생각한다. 하지만 곡선이라 해서 모두 부드러운 것은 아니다. 곡선이 어색한 부분 없이 완벽하게 부드럽고 자연스러우려면 곡선상에서 1차, 2차 도함수는 물론 그 이상의 고차도함수가 연속적이어야 한다. (중략) 곡선 철로를 놓을 때는 직선 철로와 부드럽게 이어질 수 있도록 하는 것이 중요하다. 연결 철로가 서로 어긋나지 않아야 함은 물론이고, 접선의 기울기가 일치하는 방향으로 이어져야 한다. 즉 함숫값이 연속이고 기울기가 서로 같도록 만들어야 한다.
3. 인공지능이 빅데이터를 학습하는 방법: 최적화·093
현실적인 타협점을 구하라·096│최적화를 어렵게 만드는 조건, 다변수·102│아마존과 인공지능의 연결고리, 최적화·105│복잡한 현실을 반영한 모델, 인공신경망·110│인공지능을 학습시키는 최적화 방법, 경사하강법·115│우리는 언제 만능 AI 비서를 만나게 될까?·123
미적분이 만든 미래 │인공지능이 발달할 수 있었던 또 다른 요인들·127
4. 작은 움직임을 모으면 변화의 축이 보인다: 기하학·131
원의 면적을 구하는 고대 수학·134│특명, 코로나 확진자 발생률을 파악하라·141│적분을 활용한 오늘날의 측정 방법들·147│적분이 이끈 의학 발전, CT 촬영·155
미적분이 만든 미래 │대용량 데이터 압축이 가능해진 비결, 푸리에 변환·162
오크통은 가운데가 불룩하여 포도주의 양이 오크통의 깊이에 비례하지 않는다. 과거에는 포도주를 거래할 때 이러한 사실을 알고 있었다. 포도주 상인들은 오크통 안으로 긴 막대를 넣어 포도주가 묻어나는 높이를 측정해서 부피를 구하곤 했다. 이때 부피를 재기 위해 매번 적분하는 수고를 하지 않으려면 막대자의 눈금을 높이에 따라 다르게 매겼다. 위아래 끝쪽보다 중간 부분의 눈금을 촘촘하게 표시한 것이다.
신체 내부의 각 격자값 f(x,y)가 주어졌을 때 투과된 광선이 적분되면서 Rf 결과로 나타나는 과정을 라돈 변환이라 하고, 라돈 변환을 거꾸로 적용하여 도로 격자값 f(x,y)를 끄집어내는 것을 라돈 역변환이라 한다. CT란 촬영된 여러 장의 2차원 사이노그램을 라돈 역변환하여 신체 내부의 3차원 공간 정보로 재구성하는 알고리즘이라 할 수 있다. 여기에 적분과 관련되어 엄청나게 많은 수학적 계산이 수반된다.
5. 디즈니 영화가 전 세계를 사로잡는 법: 나비에-스토크스 유동 방정식·171
유체 변화를 가장 잘 표현한 방정식·175│해가 없는 방정식을 활용하라! 전산유체역학 ·179│유동 방정식을 활용한 수학자, 오스카상을 받다·183
쓸모 있는 미적분 개념 │자연현상을 설명하는 미분방정식들·188
픽사의 성공 비결에는 장편 애니메이션을 제작할 비용을 투자해준 디즈니도 있었지만 스티브 잡스가 채용한 수학자와 전산 과학자들의 공이 컸다. 〈토이 스토리〉는 100퍼센트 CG로 만든 세계 최초의 극장용 장편 애니메이션이다. 개봉 당시 사람들은 액션이나 인물에서 전혀 이질감을 주지 않는 이 새로운 영상에 열광했다. 모두 픽사의 수학자와 전산 과학자들이 눈송이, 해일 같은 ‘움직이는’ 자연현상을 자연스럽게 구현해내기 위해 고안한 3D 애니메이션 기법과 해상도 조절 기법 덕분이었다. 그리고 이 모든 제작 과정 뒤에는 하나의 미분방정식이 있다.
6. 우리는 어떤 미래를 향해 나아가고 있는가?: 미적분의 예측하는 힘·197
한계효용, 가장 만족스러운 결과가 나오는 순간·199│재난지원금을 어느 계층에 지급해야 효용을 극대화할 수 있을까?· 201│미래는 어떻게 움직이는가·203│미적분으로 이해하는 경제의 흐름·210 │내 미래자산은 언제 2배가 될까? 근사법·219│단타 vs 장투, 미적분이 알려주는 안전한 투자 전략·224
쓸모 있는 미적분 개념 │미적분으로 읽는 ‘인생 곡선’·236
배가 고플 때 피자 한 조각을 먹으면 그렇게 맛있을 수가 없다. 이때 한계효용은 최고치가 된다. 그러나 피자를 한 조각씩 더 먹을 때마다 한계효용은 점점 떨어진다. 하지만 한계효용이 감소하더라도 총 효용은 계속 증가한다. 즉 총 효용은 한계효용을 적분한 것이고 총 효용을 미분한 것이 한계효용이다. 처음에는 총 효용이 급격히 증가하다가 한계효용이 감소하면서 총 효용의 증가율은 둔화된다.
공급의 가격탄력성을 활용하여 설명할 수 있는 것 중 하나가 서울 아파트 가격의 상승이다. 서울 아파트에 대한 수요가 항상 존재할 뿐만 아니라 오히려 증가하는 상황에서, 서울 아파트에 대한 공급은 비탄력적이므로 아파트 가격이 계속 상승한다. 즉 서울 아파트는 토지의 한계 등으로 공급의 가격탄력성이 매우 비탄력적이므로 가격이 아무리 상승해도 공급량이 크게 늘어날 수 없다. 그러므로 수요가 늘어나면 가격에 곧바로 영향을 받는다.
