와 가 에 대한 두 함수이고 이고 을 만족시킨다고 하자. 가 와 에 대한 함수일 때, 이고 일 때 의 값을 구하세요.
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Let and be two functions of satisfying and . If is a function of and , find the value of when and .
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98문제 · 2 / 5쪽
와 가 에 대한 두 함수이고 이고 을 만족시킨다고 하자. 가 와 에 대한 함수일 때, 이고 일 때 의 값을 구하세요.
Let and be two functions of satisfying and . If is a function of and , find the value of when and .
라고 하자. 여기서 는 미분가능한 함수이다. 다음을 보여라.
Suppose that , where is a differentiable function. Show that
먼저 의 1계 편도함수를 구한다. , 라 하면 이다. 연쇄 법칙에 의해
따라서
이므로 주어진 등식이 성립한다.
We'll first compute the first order partial derivatives of . Write and so that . By the chain rule,
So
as desired.
가 연속인 이계 편도함수를 갖고, , 라 하자. 다음 편도함수를 , , 그리고 의 편도함수로 나타내세요.
(a) (b)
Suppose has continuous second order partial derivatives, and , . Express the following partial derivatives in terms , , and partial derivatives of .
(a) (b)
정의에 의해 이다.
(a) 연쇄 법칙에 의해
(b) 선형성, 곱의 미분법, 연쇄 법칙에 의해
여기서 의 모든 편도함수는 에서의 값이다.
By definition .
(a) By the chain rule
(b) By linearity, the product rule and the chain rule
with all of the partial derivatives of evaluated at .
라 하자. 여기서 는 연속인 이계 편도함수를 가지며,
이다.
, 이고 일 때, 의 값을 구하세요.
Let , where has continuous second-order partial derivatives, and
Find when , and .
, 에 대해 라 하자. 을 계산하면 된다. 연쇄 법칙에 의해
이다. 선형성, 곱의 미분법, 연쇄 법칙에 의해
이다. 특히 일 때, 이므로
이다.
Write with , . We are to compute . By the chain rule
By linearity, the product rule, and the chain rule,
In particular, when , and since ,
함수 가 등식 을 만족시키고, 혼합 편도함수 와 가 서로 같다고 하자. 를 어떤 상수라 하고 라 하자. 이 되도록 하는 의 값을 구하세요.
Assume that the function satisfies the equation and the mixed partial derivatives and are equal. Let be some constant and let . Find the value of such that .
연쇄 법칙에 의해
이고
이고
이다.
다음 식의 우변에 있는 네 항에 연쇄 법칙을 적용하면 이계도함수를 구할 수 있다.
다른 방법으로, (E1)과 (E2)에서 를 로 바꾸면 다음을 얻는다.
(E1)과 (E2)에서 를 로 바꾸면 다음을 얻는다.
따라서
이고
이다.
그러므로 변수를 생략하고 나타내면,
이다. 이는 이면 성립한다.
By the chain rule
and
and
We can evaluate the second derivatives by applying the chain rule to the four terms on the right hand sides of
Alternatively, we can observe that replacing by in (E1) and (E2) gives
replacing by in (E1) and (E2) gives
Consequently
and
So, suppressing the arguments,
if .
를 미분가능한 함수라 하고, 이 주어졌다고 하자. 라 하자. 여기서 와 는 상수이다. 점 에서 의 값을 구하세요. 즉, 를 구하세요.
Let be a differentiable function, and suppose it is given that . Let , where and are constants. Evaluate at the point , that is, find .
를 두 변수의 미분가능한 함수라 하고, 를 으로 음함수로 정의된 와 의 미분가능한 함수라 하자. 다음을 보이세요.
Let be a differentiable function of two variables, and let be a differentiable function of and defined implicitly by . Show that
함수 는 모든 와 에 대해
을 만족한다. 연쇄 법칙에 의해
이므로 를 에 대해, 그리고 에 대해 미분하면
이고, 인수를 생략하여 나타내면
이다. 첫 번째 식을 에 대해, 두 번째 식을 에 대해 풀면
이므로
이다. 따라서 주어진 등식이 성립한다.
참고: 이는 물론 가 0이 아니라는 가정 아래에서이다. 연쇄 법칙에 의해 이 가정은 가 0이 아니라는 가정과 같다. 이는 다시 을 와 의 함수로서 에 대해 풀 수 있다는 진술과 거의 같지만, 완전히 같지는 않다.
We are told that the function obeys
for all and . By the chain rule,
so differentiating with respect to and with respect to gives
or, leaving out the arguments,
Solving the first equation for and the second for gives
so that
as desired.
Remark: This is of course under the assumption that is nonzero. That is equivalent, by the chain rule, to the assumption that is non zero. That, in turn, is almost, but not quite, equivalent to the statement that is can be solved for as a function of and .
어떤 두 번 미분가능한 함수 에 대하여 라 하자.
(a) 를 , , 로 나타내세요 ( 라고 가정해도 됩니다). (b) 이라 하자. 상수 가 얼마일 때 가 되는지 구하세요.
Let for some twice differentiable function .
(a) Find in terms of , , and (you can assume that ). (b) Suppose . For what constant will ?
(a) 연쇄 법칙에 의해
이고
이다.
(b) 다시 연쇄 법칙에 의해
이고
이다.
따라서 임의의 상수 에 대해
이다.
이 주어졌으므로, 이면 이 값은 원하는 대로 0이 된다. (이때 이다.)
(a) By the chain rule
and
(b) Again by the chain rule
and
Consquently, for any constant ,
Given that , this will be zero, as desired, if . (Then .)
정의에 따르면, 미분가능한 함수 의 점 에서의 기울기 벡터는 다음과 같다.
다음을 알고 있다고 하자.
또한
이고
이라고 하자.
, 이고 일 때, 다음을 구하세요.
By definition, the gradient of the differentiable function at the point is
Suppose that we know
Suppose also that
and
Assuming , , and , find
연쇄 법칙에 의해
특히
따라서 이다.
By the chain rule
In particular
Hence .
(a) 를 실수 전체에서 정의된 임의의 미분가능한 함수라 하자. 평면 전체에서 다음과 같이 정의된 함수 가
편미분방정식
을 만족시킴을 보이세요. (b) 방정식 , , 은 를 와 의 함수로 정의한다. 점 에 대응하는 점 에서 의 값을 구하세요.
(a) Let be an arbitrary differentiable function defined on the entire real line. Show that the function defined on the entire plane as
satisfies the partial differential equation:
(b) The equations , and define as a function of and . Determine at the point which corresponds to the point .
(a) 곱의 미분법과 연쇄 법칙에 의해
이므로
이다. 따라서 성립한다.
(b) , 을 , 가 주어진 매개변수이고 , 가 미지수인 두 방정식으로 생각하자. 문제는 적어도 , 근처에서 이 두 방정식을 , 에 대해 , 로 풀 수 있음을 암묵적으로 알려 준다. 즉, 함수 와 가 다음 식으로 정해진다는 것을 알려 준다.
등식 의 양변에 를 취하면
이다. 다음으로 의 양변에 를 취하면
이다. , , , 을 대입하면
이다. 두 번째 식에서 이다. 이를 첫 번째 식에 대입하면
이므로 이고 이다. 또한 문제에서 임을 알 수 있다. 따라서
이다.
(a) By the product and chain rules
Hence
as desired.
(b) Think of , as two equations in the two unknowns , with , just being given parameters. The question implicitly tells us that those two equations can be solved for , in terms of , , at least near , . That is, the question implicitly tells us that the functions and are determined by
Applying to both sides of the equation gives
Then applying to both sides of gives
Substituting in , , , gives
From the second equation . Substituting into the first equation gives
so that and . The question also tells us that . Hence
방정식
은 일 때의 점 근처에서 와 를 와 의 함수로 암시적으로 정의한다(즉, , ).
(a) 에서
의 값을 구하세요. (b) 일 때, 점 에서 의 값을 구하세요.
The equations
define and implicitly as functions of and (i.e. , and ) near the point at which .
(a) Find
at . (b) If , determine at the point .
(a) 주어진 식은
이다. 두 방정식에 를 적용하면
이다. , , , 을 대입하면
이다. 첫째 방정식에서 얻은 를 둘째 방정식에 대입하면 이므로 이고 이다.
(b) 으로 주어져 있다. 따라서
이다. , , , 을 대입하고 (a)의 결과를 이용하면
이다.
(a) We are told that
Applying to both equations gives
Setting , , , gives
Substituting , from the first equation, into the second equation gives so that and .
(b) We are told that . So
Substituting in , , , and using the results of part (a),
를 미분가능한 함수라 하고, , 라 하자. 다음을 만족하는 상수 를 구하세요.
Let be a differentiable function, and let and . Find a constant, , such that
이 문제는 나쁜(그러나 흔히 쓰는) 표기를 사용하고 있다. 하나의 기호 가 서로 다른 두 함수, 즉 와 에 쓰였기 때문이다. 더 나은 표현은 다음과 같다.
연쇄 법칙에 의해
따라서
그러므로 이면 된다.
This question uses bad (but standard) notation, in that the one symbol is used for two different functions, namely and . A better wording is
By the chain rule
Hence
So does the job.
지정된 점에서 지정된 함수의 그래프에 대한 접평면의 방정식과 법선의 방정식을 구하세요.
(a) , 점 (b) , 점
Find the equations of the tangent plane and the normal line to the graph of the specified function at the specified point.
(a) at (b) at
(a) 주어진 그래프는 또는 이다. 임을 알 수 있다. 벡터
는 에서 그래프의 법선 벡터이다. 따라서 접평면은
이고, 법선은
이다.
(b) 주어진 그래프는 또는 이다. 임을 알 수 있다. 벡터
는 에서 그래프의 법선 벡터이다. 따라서 접평면은
이고, 법선은
이다.
(a) The specified graph is or . Observe that . The vector
is a normal vector to the graph at . So the tangent plane is
and the normal line is
(b) The specified graph is or . Observe that . The vector
is a normal vector to the graph at . So the tangent plane is
and the normal line is
곡면 위의 점 중에서 접평면이 평면 과 평행한 점을 모두 구하세요.
Find all the points on the surface where the tangent plane is parallel to the plane .
곡면 의 점 에서의 법선벡터는 이다. 평면 의 법선벡터는 이다. 따라서 가 과 평행해야 하며, 즉 의 0이 아닌 상수배여야 한다. 이는 이고 , 일 때마다 성립한다. 또한 가 곡면 위에 있어야 한다. 따라서 , 이고
이어야 한다.
따라서 조건을 만족하는 점은 이다.
A normal vector to the surface at the point is . A normal vector to the plane is . So we want to be parallel to , i.e. to be a nonzero constant times . This is the case whenever and with . In addition, we want to lie on the surface . So we want , and
So the allowed points are .
쌍곡면 위의 점 중에서 접평면이 평면 과 평행한 점을 모두 구하세요.
Find all points on the hyperboloid where the tangent plane is parallel to the plane .
을 쌍곡면 위의 점으로서 접평면이 평면 과 평행한 점이라 하자. 평면 의 법선벡터는 이다. 쌍곡면은 이고 이므로, 에서 쌍곡면의 법선벡터는 이다. 따라서 이 주어진 조건을 만족할 필요충분조건은 다음을 만족하는 0이 아닌 가 존재하는 것이다.
Let be a point on the hyperboloid where the tangent plane is parallel to the plane . A normal vector to the plane is . Because the hyperboloid is and , a normal vector to the hyperboloid at is . So satisfies the required conditions if and only if there is a nonzero obeying
두 곡면 과 의 교선에 접하고 길이가 인 벡터를 점 에서 구하세요.
Find a vector of length which is tangent to the curve of intersection of the surfaces and at .
점 에서 곡면 에 수직인 벡터 하나는 다음과 같다.
점 에서 곡면 에 수직인 벡터 하나는 다음과 같다.
이제
구하는 벡터는 다음과 같다.
One vector normal to the surface at is
One vector normal to the surface at is
Now
The desired vectors are
계산기나 컴퓨터를 사용하지 않고 의 에서의 근삿값을 구하세요.
Find an approximate value for at without using a calculator or computer.
선형 근사 를 적용한다. 이때
이다. 따라서
이다.
Apply the linear approximation , with
This gives
라 하자. 계산기나 컴퓨터를 사용하지 않고 의 근삿값을 구하세요.
Let . Find an approximate value for without using a calculator or computer.
에서 의 1계 미분계수가 필요하다. 그래서 먼저 이를 구한다.
근처에서 의 선형 근사는 다음과 같다.
특히
We are going to need the first order derivatives of at . So we find them first.
The linear approximation to about is
In particular
직각삼각형의 한 변의 길이를 측정했더니 이고 최대 오차는 이며, 다른 한 변의 길이는 이고 최대 오차는 이다. 선형 근사를 이용하여 이 직각삼각형의 빗변의 길이를 계산할 때 생길 수 있는 최대 오차를 어림하세요.
One side of a right triangle is measured to be with a maximum possible error of , and the other side is measured to be with a maximum possible error of . Use the linear approximation to estimate the maximum possible error in calculating the length of the hypotenuse of the right triangle.
두 변의 길이를 , 라 하면 , 이다. 그러면 빗변의 길이는 이다. 다음과 같다.
선형 근사에 의해
따라서 빗변의 길이를 계산할 때 생기는 최대 오차의 근삿값은
이다.
Denote by and the lengths of sides with and . Then the length of the hypotenuse is . Note that
By the linear approximation
So the approximate maximum error in calculating the length of the hypotenuse is
저항이 , 인 두 저항을 병렬로 연결하면, 합성 저항 R 은 방정식 을 만족시킨다. 선형 근사를 이용하여 이 옴에서 옴으로 감소하고 가 8 옴에서 8.1 옴으로 증가할 때 의 변화량을 어림하세요.
If two resistors of resistance and are wired in parallel, then the resulting resistance R satisfies the equation . Use the linear approximation to estimate the change in if decreases from to ohms and increases from 8 to 8.1 ohms.
함수 는 다음 식으로 음함수로 정의된다.
특히
다음 선형 근사를 이용하고자 한다.
그러기 위해서는 편도함수 와 가 필요하다. 이를 구하기 위해 를 과 에 대해 각각 미분한다.
, 을 대입하면
따라서 의 변화량은 다음과 같다.
The function is defined implictly by
In particular
We wish to use the linear approximation
To do so, we need the partial derivatives and . To find them, we differentiate with respect to and :
Setting and gives
So the specified change in is