문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 다중적분

다중적분의 응용(질량·질량중심)

밀도를 적분해 질량, 질량중심, 관성모멘트, 확률을 구한다

유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

4문제 · 1 / 1쪽

1.OpenStax 3권 · 5.6절 · 55번대학 수준우리말 번역

QQ 를 xy-평면xy\text{-평면}, 원기둥 x2+y2=a2{x}^{2}+{y}^{2}={a}^{2}, 평면 z=1z=1 로 둘러싸인 입체라 하자. 여기서 a>1a>1 은 실수이다. 원기둥좌표로 나타낸 밀도가 ρ(r,θ,z)=d2fdr2(r)\rho (r,\theta ,z)=\frac{{d}^{2}f}{d{r}^{2}}(r) 일 때, 이 입체의 xy-평면xy\text{-평면}에 대한 모멘트 Mxy{M}_{xy} 를 구하세요. 단, ff 는 미분가능한 함수이고 (0,a)(0,a) 에서 1계 도함수와 2계 도함수가 연속이며 미분가능하다.

영어 원문 보기

Let QQ be the solid bounded by the xy-plane,xy\text{-plane}, the cylinder x2+y2=a2,{x}^{2}+{y}^{2}={a}^{2}, and the plane z=1,z=1, where a>1a>1 is a real number. Find the moment Mxy{M}_{xy} of the solid about the xy-planexy\text{-plane} if its density given in cylindrical coordinates is ρ(r,θ,z)=d2fdr2(r),\rho (r,\theta ,z)=\frac{{d}^{2}f}{d{r}^{2}}(r), where ff is a differentiable function with the first and second derivatives continuous and differentiable on (0,a).(0,a).

정답·풀이 보기

Mxy=π(f(0)−f(a)+af′(a)){M}_{xy}=\pi (f(0)-f(a)+a{f}^{'}(a))

원본 교재 풀이(영어)

Mxy=π(f(0)−f(a)+af′(a)){M}_{xy}=\pi (f(0)-f(a)+a{f}^{'}(a))

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 5.6절 · 59번
OpenStax Calculus Volume 3 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
2.APEX · 13.4절 · 17번대학 수준우리말 번역

연습문제 11–18에서, 평면 위의 영역 RR 로 나타내어지는 얇은 판의 질량/무게를 밀도 함수 δ(x,y)\delta(x,y) 를 이용하여 구하세요.

RR 은 제1사분면과 제2사분면에서 x2+y2=9x^2+y^2=9 와 x2+y2=36x^2+y^2=36 으로 둘러싸인 원환(고리 모양) 영역이고, δ(x,y)=4\delta(x,y) = 4lb/ft2^2 이다.

영어 원문 보기

In Exercises 11–18, find the mass/weight of the lamina described by the region RR in the plane and its density function δ(x,y)\delta(x,y).

RR is the annulus in the first and second quadrants bounded by x2+y2=9x^2+y^2=9 and x2+y2=36x^2+y^2=36; δ(x,y)=4\delta(x,y) = 4lb/ft2^2

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M=54π≈169.65M = 54\pi\approx 169.65lb

원본 교재 풀이(영어)

M=54π≈169.65M = 54\pi\approx 169.65lb

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 5.6절 · 53번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
3.APEX · 13.4절 · 18번대학 수준우리말 번역

연습문제 11–18에서, 평면 위의 영역 RR 로 나타내어지는 얇은 판의 질량/무게를 밀도 함수 δ(x,y)\delta(x,y) 를 이용하여 구하세요.

RR 은 x2+y2=9x^2+y^2=9 와 x2+y2=36x^2+y^2=36 으로 둘러싸인 제1사분면과 제2사분면의 원환 모양 영역이다; δ(x,y)=x2+y2\delta(x,y) = \sqrt{x^2+y^2}lb/ft2^2

영어 원문 보기

In Exercises 11–18, find the mass/weight of the lamina described by the region RR in the plane and its density function δ(x,y)\delta(x,y).

RR is the annulus in the first and second quadrants bounded by x2+y2=9x^2+y^2=9 and x2+y2=36x^2+y^2=36; δ(x,y)=x2+y2\delta(x,y) = \sqrt{x^2+y^2}lb/ft2^2

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M=63π≈197.92M = 63\pi\approx 197.92lb

원본 교재 풀이(영어)

M=63π≈197.92M = 63\pi\approx 197.92lb

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 5.6절 · 47번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
4.CLP-3 · 3.3절 · 7번대학 수준우리말 번역

평면 영역 DD 안의 점에서 점 (a,b)(a, b) 까지의 평균 거리는 다음과 같이 정의된다.

1A(D)∬D(x−a)2+(y−b)2 dx dy\frac{1}{A(D)}\iint _D \sqrt{(x-a)^2+(y-b)^2}\ \mathrm{d}x\,\mathrm{d}y

여기서 A(D)A(D) 는 평면 영역 DD 의 넓이이다. DD 를 단위원판 1≥x2+y21 \ge x^2 + y^2 이라 하자. DD 안의 점에서 DD 의 중심까지의 평균 거리를 구하세요.

영어 원문 보기

The average distance of a point in a plane region DD to a point (a,b)(a, b) is defined by

1A(D)∬D(x−a)2+(y−b)2 dx dy\frac{1}{A(D)}\iint _D \sqrt{(x-a)^2+(y-b)^2}\ \mathrm{d}x\,\mathrm{d}y

where A(D)A(D) is the area of the plane region DD. Let DD be the unit disk 1≥x2+y21 \ge x^2 + y^2. Find the average distance of a point in DD to the center of DD.

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문제에서 주어진 정의에 (a,b)=(0,0)(a,b)=(0,0) 을 대입하면 평균은 다음과 같다.

1A(D)∬Dx2+y2 dx dy\begin{aligned} \frac{1}{A(D)}\iint _D \sqrt{x^2+y^2}\ \mathrm{d}x\,\mathrm{d}y \end{aligned}

분모 A(D)=πA(D) = \pi 이다. 분자는 극좌표를 이용하여 계산한다.

∬Dx2+y2 dx dy=∫02πdθ∫01dr rr2cos⁡2θ+r2sin⁡2θ=∫02πdθ∫01dr r2=∫02πdθ 13=2π3\begin{aligned} \iint _D \sqrt{x^2+y^2}\ \mathrm{d}x\,\mathrm{d}y &=\int_0^{2\pi}\mathrm{d}\theta\int_0^1\mathrm{d}r \ r\sqrt{r^2\cos^2\theta+r^2\sin^2\theta} \\ &=\int_0^{2\pi}\mathrm{d}\theta\int_0^1\mathrm{d}r\ r^2 =\int_0^{2\pi}\mathrm{d}\theta\ \frac{1}{3} \\ &=\frac{2\pi}{3} \end{aligned}

따라서 평균은 다음과 같다.

2π3π=23\frac{\frac{2\pi}{3}}{\pi}=\frac{2}{3}

원본 교재 풀이(영어)

By the definition given in the statement with (a,b)=(0,0)(a,b)=(0,0), the average is

1A(D)∬Dx2+y2 dx dy\begin{aligned} \frac{1}{A(D)}\iint _D \sqrt{x^2+y^2}\ \mathrm{d}x\,\mathrm{d}y \end{aligned}

The denominator A(D)=πA(D) = \pi. We'll use polar coordinates to evaluate the numerator.

∬Dx2+y2 dx dy=∫02πdθ∫01dr rr2cos⁡2θ+r2sin⁡2θ=∫02πdθ∫01dr r2=∫02πdθ 13=2π3\begin{aligned} \iint _D \sqrt{x^2+y^2}\ \mathrm{d}x\,\mathrm{d}y &=\int_0^{2\pi}\mathrm{d}\theta\int_0^1\mathrm{d}r \ r\sqrt{r^2\cos^2\theta+r^2\sin^2\theta} \\ &=\int_0^{2\pi}\mathrm{d}\theta\int_0^1\mathrm{d}r\ r^2 =\int_0^{2\pi}\mathrm{d}\theta\ \frac{1}{3} \\ &=\frac{2\pi}{3} \end{aligned}

So the average is

2π3π=23\frac{\frac{2\pi}{3}}{\pi}=\frac{2}{3}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 3.3절 · 5번
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