(b) f(x,y) 는 (0,0) 에서 두 편도함수가 모두 존재하지만 연속이 아니다. 이를 확인하기 위해 좌표를 (x,y) 에서 (X,y) 로 바꾸되 X=x+y (분모)로 둔다. 물론 (x,y)→(0,0) 인 것과 (X,y)→(0,0) 인 것은 동치이다.
이제 X 가 y 보다 훨씬 작은 상태로 (X,y)→(0,0) 일 때 어떻게 되는지 보자. 예를 들어 X=ay2 이면
x+y(x+2y)2=X(X+y)2=ay2(ay2+y)2=a(1+ay)2→a1
이다. 이 값은 a 에 따라 달라진다. 따라서 서로 다른 경로를 따라 (0,0) 에 접근하면 극한이 서로 다르다. (좌표를 바꾸지 않고도 x=−y+ay2 으로 놓고 (x,y)→(0,0) 으로 보내면 같은 현상을 볼 수 있다.) 더 극단적으로, X=y3 으로 놓고 (X,y)→(0,0) 일 때를 보면
(b) f(x,y) is not continuous at (0,0), even though both partial
derivatives exist there. To see this, make a change of coordinates from
(x,y) to (X,y) with X=x+y (the denominator). Of course,
(x,y)→(0,0) if and only if (X,y)→(0,0).
Now watch what happens when (X,y)→(0,0) with X a lot smaller
than y. For example, X=ay2. Then
x+y(x+2y)2=X(X+y)2=ay2(ay2+y)2=a(1+ay)2→a1
This depends on a. So approaching (0,0) along different paths gives
different limits. (You can see the same effect without changing coordinates
by sending (x,y)→(0,0) with x=−y+ay2.) Even more dramatically,
watch what happens when (X,y)→(0,0) with X=y3. Then
이 점들에서 z0 의 값은 각각 0, e−1, −e−1, −e−1, e−1 이다. 따라서 수평인 접평면은 z=0, z=e−1, z=−e−1 이다.
곡면의 가장 높은 점과 가장 낮은 점에서는 접평면이 수평이다.
따라서 z의 최댓값과 최솟값은 각각 e−1 과 −e−1 이다.
원본 교재 풀이(영어)
Let (x0,y0,z0) be any point on the surface. A vector
normal to the surface at (x0,y0,z0) is
The tangent plane to the surface at (x0,y0,z0) is horizontal
if and only if this vector is vertical, which is the case
if and only if its x- and y-components are
zero, which in turn is the case if and only if
y0(1−x02)=0 and x0(1−y02)=0⟺{y0=0 or x0=1 or x0=−1} and {x0=0 or y0=1 or y0=−1}⟺(x0,y0)=(0,0) or (1,1) or (1,−1) or (−1,1) or (−1,−1)
The values of z0 at these points are 0, e−1, −e−1, −e−1
and e−1, respectively. So the horizontal tangent planes are
z=0, z=e−1 and z=−e−1.
At the highest and lowest points of the surface, the tangent plane is horizontal.
So the largest and smallest values of z are e−1 and −e−1, respectively.
(a) 점 (0,2,1) 에서 곡면 S 의 접평면과 법선을 구하세요.
(b) S 를 정의하는 방정식은 (x,y,z) 가 (0,2,1) 근처에 있을 때 z 를 x 와 y 의 함수로 음함수 꼴로 정의한다. ∂x∂z 와
∂y∂z 에 대한 식을 구하세요. (x,y,z)=(0,2,1) 에서 ∂y∂z 의 값을 구하세요.
(c) ∂x∂y∂2z 에 대한 식을 구하세요.
영어 원문 보기
Let S be the surface
xy−2x+yz+x2+y2+z3=7
(a) Find the tangent plane and normal line to the surface S
at the point (0,2,1).
(b) The equation defining S implicitly defines z as a
function of x and y for (x,y,z) near (0,2,1). Find expressions for
∂x∂z and
∂y∂z. Evaluate
∂y∂z at (x,y,z)=(0,2,1).
(c) Find an expression for
∂x∂y∂2z.
(a) 방정식이 x2+z2=10 인 곡면에 수직이고 점
(1,1,3) 에서의 벡터를 구하세요.
(b) (a)의 곡면과 곡면 y2+z2=10 의 교선인 곡선에 접하고 같은 점에서의
벡터를 구하세요.
(c) 그 점에서 그 곡선에 접하는 직선의 매개변수 방정식을 구하세요.
영어 원문 보기
(a) Find a vector perpendicular at the point
(1,1,3) to the surface with equation x2+z2=10.
(b) Find a vector tangent at the same point to the curve of
intersection of the surface in part (a) with surface y2+z2=10.
(c) Find parametric equations for the line tangent to that curve
at that point.
(a) ∂x∂z, ∂y∂z 를 x, y,
z 의 함수로 나타내는 식을 구하세요.
(b) (1,1,2) 에서 ∂x∂z, ∂y∂z 의 값을 구하세요.
(c) 측정에는 오차가 있어서 x=1±0.03 이고
y=1±0.02 입니다.
이때 z 를 측정할 때의 최대 오차를 구하세요.
(d) 한 입자가 이 곡면 위를 움직이는데, 그 경로를 xy 평면에 사영한 것이 각 θ 에 대하여
x(θ)=1+cosθ,y(θ)=sinθ
로 주어지고, 점 A:x=2,y=0 에서 점 B:x=1,y=1 까지 움직입니다.
점 A 와 B 에서 dθdz 를 구하세요.
영어 원문 보기
Consider the surface given by:
z3−xyz2−4x=0.
(a) Find expressions for ∂x∂z, ∂y∂z as functions of x, y,
z.
(b) Evaluate ∂x∂z, ∂y∂z at (1,1,2).
(c) Measurements are made with errors, so that x=1±0.03 and
y=1±0.02.
Find the corresponding maximum error in measuring z.
(d) A particle moves over the surface along the path whose projection in the
xy–plane is given in terms of the angle θ as
x(θ)=1+cosθ,y(θ)=sinθ
from the point A:x=2,y=0 to the point B:x=1,y=1.
Find dθdz at points A and B.
정답·풀이 보기
(a) 주어진 조건에서
z(x,y)3−xyz(x,y)2−4x=0
이 모든 (x,y) ((1,1) 에 충분히 가까운)에 대해 성립한다.
이 방정식의 양변을 x 에 대해 미분하면
(a) ∂x∂z, ∂y∂z 를 x, y, z 로 나타내세요.
(b) (x,y,z)=(2,−1/2,1) 에서 ∂x∂z 와 ∂y∂z 의 값을 구하세요.
(c) x 가 2 에서 1.94 로 감소하고,
y 가 −0.5 에서 −0.4 로 증가할 때,
z 가 1 에서 변하는 양을 어림하세요.
(d) 점 (2,−1/2,1) 에서 이 곡면의 접평면의 방정식을 구하세요.
영어 원문 보기
A surface is defined implicitly by z4−xy2z2+y=0.
(a) Compute ∂x∂z, ∂y∂z in terms of x, y, z.
(b) Evaluate ∂x∂z and ∂y∂z at (x,y,z)=(2,−1/2,1).
(c) If x decreases from 2 to 1.94, and
y increases from −0.5 to −0.4,
find the approximate change in z from 1.
(d) Find the equation of the tangent plane to the surface at the point
(2,−1/2,1).
정답·풀이 보기
(a)
모든 x,y 에 대해 ((x,y,z) 가 (2,−1/2,1) 근처일 때),
함수 z(x,y) 는 다음을 만족한다.
곡면 z=f(x,y) 는 (x,y,z)=(1,3,1) 에서 편도함수 ∂x∂f=3 과
∂y∂f=−2 를 갖는다.
(a) x 가 1 에서 1.2 로 증가하고 y 가 3 에서 2.6 으로 감소할 때,
선형 근사를 이용하여 z 의 변화량을 구하세요.
(b) 점 (1,3,1) 에서 이 곡면의 접평면의 방정식을 구하세요.
영어 원문 보기
A surface z=f(x,y) has derivatives ∂x∂f=3 and
∂y∂f=−2 at (x,y,z)=(1,3,1).
(a) If x increases from 1 to 1.2, and y decreases from 3 to 2.6,
find the change in z using a linear approximation.
(b) Find the equation of the tangent plane to the surface at the point (1,3,1).
(a) 곡면
x2z3+ysin(πx)=−y2 위의 점 P=(1,1,−1) 에서의 접평면의 방정식을 구하세요.
(b) x2z3+ysin(πx)=−y2 에 의해 z 가 음함수로 정의되어 있다고 하자.
점 P=(1,1,−1) 에서 ∂x∂z 의 값을 구하세요.
(c) z 를 (ii)에서와 같이 방정식 x2z3+ysin(πx)=−y2 으로 정의되는 같은 음함수라고 하자. x=0.97, y=1 일 때,
z 의 근삿값을 구하세요.
영어 원문 보기
(a) Find the equation of the tangent plane to the surface
x2z3+ysin(πx)=−y2 at the point P=(1,1,−1).
(b) Let z be defined implicitly by x2z3+ysin(πx)=−y2.
Find ∂x∂z at the point P=(1,1,−1).
(c) Let z be the same implicit function as in part (ii), defined by
the equation x2z3+ysin(πx)=−y2. Let x=0.97, and y=1.
Find the approximate value of z.
정답·풀이 보기
(a) 이 곡면의 방정식은 G(x,y,z)=x2z3+ysin(πx)+y2=0 이다.
따라서 점 (1,1−1) 에서 곡면의 법선 벡터는
곡면 x4+y4+z4+xyz=17 은 점 (0,1,2) 를 지나고,
이 점 근처에서 이 곡면은 x 를 y 와 z 의 함수 x=F(y,z) 로 정한다.
(a) (x,y,z)=(0,1,2) 에서 Fy 와 Fz 를 구하세요.
(b) 접평면 근사(선형근사, 1차 근사 또는 미분 근사라고도 한다)를 이용하여, 점 (x,1.01,1.98) 이 곡면 위에 있도록 하는 x (0 근처)의 근삿값을 구하세요.
영어 원문 보기
The surface x4+y4+z4+xyz=17 passes through (0,1,2),
and near this point the surface determines x as a function, x=F(y,z),
of y and z.
(a) Find Fy and Fz at (x,y,z)=(0,1,2).
(b) Use the tangent plane approximation (also known as linear,
first order or differential approximation) to find the approximate value
of x (near 0) such that (x,1.01,1.98) lies on the surface.
정답·풀이 보기
(a) y=1, z=2 근처의 모든 y 와 z 에 대해 함수 F(y,z) 는 F(y,z)4+y4+z4+F(y,z)yz=17 을 만족한다.
이 등식에 ∂y∂ 와 ∂z∂ 를 각각 적용하면 다음과 같다.
(a) f 의 증가율이 가장 큰 방향은
∇f(1,0,π/2)=⟨2,0,0⟩ 의 방향이다. 그 방향의 단위벡터는
^ 이다.
(b) 기울기 벡터 ∇f(1,0,π/2)=⟨2,0,0⟩ 는 (1,0,π/2) 에서 곡면 f=1 의 법선벡터이다. 따라서 구하는 접평면은
⟨2,0,0⟩⋅⟨x−1,y−0,z−π/2⟩=0또는x=1
이다.
(c) 점 (0,1,0) 에서 T 위의 점 (1,1,0) 으로 향하는 벡터는
⟨1,0,0⟩ 이고, 이 벡터는 T 에 수직이다. 따라서 (1,1,0) 은 T 위의 점 중 (0,1,0) 에 가장 가까운 점이고, (0,1,0) 에서 T 까지의 거리는
∣⟨1,0,0⟩∣=1 이다.
(d) 벡터 ⟨1,0,1⟩ 은 평면 x+z=0 에 수직이다.
따라서 두 평면 T 와 x+z=0 이 이루는 각은 두 벡터 ⟨1,0,0⟩ 과 ⟨1,0,1⟩ 이 이루는 각
θ 와 같고, 이 각은 다음을 만족한다.
(a) The rate of increase of f is largest in the direction of
∇f(1,0,π/2)=⟨2,0,0⟩. A unit vector in that direction
is ^.
(b) The gradient vector ∇f(1,0,π/2)=⟨2,0,0⟩ is a normal
vector to the surface f=1 at (1,0,π/2). So the specified tangent
plane is
⟨2,0,0⟩⋅⟨x−1,y−0,z−π/2⟩=0orx=1
(c) The vector from the point (0,1,0) to the point (1,1,0), on T,
is ⟨1,0,0⟩, which is perpendicular to T. So (1,1,0)
is the point on T nearest (0,1,0) and the distance from (0,1,0) to T
is ∣⟨1,0,0⟩∣=1.
(d) The vector ⟨1,0,1⟩ is perpendicular to the plane x+z=0.
So the angle between the planes T and x+z=0 is the same as the angle
θ between the vectors ⟨1,0,0⟩ and ⟨1,0,1⟩,
which obeys
함수 T(x,y,z) 가 P=(2,1,1) 에서
T(P)=5, Tx(P)=1, Ty(P)=2, Tz(P)=3 임이 알려져 있다.
(a) 꿀벌이 P 에서 출발하여 점 Q=(3,2,2) 를 향하는 단위벡터를 따라 날아간다. 이 방향으로의 T(x,y,z) 의 변화율을 구하세요.
(b) 점 P 에서 T 의 선형 근사를 이용하여
T(1.9,1,1.2) 를 어림하세요.
(c) S(x,y,z)=x+z 라 하자. 꿀벌이 P 에서 출발할 때, 이 방향으로의 T(x,y,z) 의 변화율과
S(x,y,z) 의 변화율이 모두 0이 되려면 어느 단위벡터 방향으로 날아가야 하는지 구하세요.
영어 원문 보기
A function T(x,y,z) at P=(2,1,1) is known to have
T(P)=5, Tx(P)=1, Ty(P)=2, and Tz(P)=3.
(a) A bee starts flying at P and flies along the unit vector pointing
towards the point Q=(3,2,2). What is the rate of change of
T(x,y,z) in this direction?
(b) Use the linear approximation of T at the point P to approximate
T(1.9,1,1.2).
(c) Let S(x,y,z)=x+z. A bee starts flying at P; along which unit
vector direction should the bee fly so that the rate of change of T(x,y,z)
and of S(x,y,z) are both zero in this direction?
정답·풀이 보기
(a) P=(2,1,1) 에서 Q=(3,2,2) 로 향하는 단위벡터 방향으로의 T 의 방향도함수를 구하는 문제이다. 이 단위벡터는 3⟨1,1,1⟩ 이다. 따라서 방향도함수는
(c) T 의 변화율이 0이 되려면 운동 방향이 ∇T(P)=⟨1,2,3⟩ 에 수직이어야 한다.
S 의 변화율도 0이 되려면 운동 방향이 ∇S(P)=⟨1,0,1⟩ 에도 수직이어야 한다.
벡터
⟨1,2,3⟩×⟨1,0,1⟩=det^11^20k^31=⟨2,2,−2⟩
는 ∇T(P) 와 ∇S(P) 에 모두 수직이다.
따라서 구하는 단위벡터는 ±3⟨1,1,−1⟩ 이다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) We are being asked for the directional derivative of
T in the direction of the unit vector from P=(2,1,1) to Q=(3,2,2),
which is 3⟨1,1,1⟩. That directional
derivative is
(c) For the rate of change of T to be zero, the direction of
motion must be perpendicular to ∇T(P)=⟨1,2,3⟩.
For the rate of change of S to also be zero, the direction of
motion must also be perpendicular to ∇S(P)=⟨1,0,1⟩.
The vector
⟨1,2,3⟩×⟨1,0,1⟩=det^11^20k^31=⟨2,2,−2⟩
is perpendicular to both ∇T(P) and ∇S(P).
So the desired unit vectors are ±3⟨1,1,−1⟩.
함수 F(x,y,z)=z3+xy2+xz 와 G(x,y,z)=3x−y+4z 를 생각하세요.
당신은 점 P(0,1,2) 에 서 있습니다.
(a) P 에서 Q(0.1,0.9,1.8) 로 뛰어갑니다. 선형 근사를 이용하여 F 가 변하는 양을 대략 구하세요.
(b) P 에서 G 가 가장 빠르게 증가하는 방향으로 뛰어갑니다. F 는 증가하는지 감소하는지 판단하세요.
(c) P 에서 F 와 G 의 변화율이 모두 0 인 방향 ⟨a,b,c⟩ 로 뛰어갑니다. 이러한 방향의 예를 하나 구하세요(단위벡터일 필요는 없습니다).
영어 원문 보기
Consider the functions F(x,y,z)=z3+xy2+xz and G(x,y,z)=3x−y+4z.
You are standing at the point P(0,1,2).
(a) You jump from P to Q(0.1,0.9,1.8). Use the linear approximation
to determine approximately the amount by which F changes.
(b) You jump from P in the direction along which G increases most rapidly.
Will F increase or decrease?
(c) You jump from P in a direction ⟨a,b,c⟩ along which the rates
of change of F and G are both zero. Give an example of such a direction
(need not be a unit vector).
(a) u(x,y) 가 편미분방정식 3ux(x,y)+6uy(x,y)=u(x,y) 를 만족한다고 하자. v(X,Y)=u(X,Y+2X) 로 정의할 때, v 가 만족하는 편미분방정식을 구하세요.
(b) u(x,y) 가 편미분방정식 xux(x,y)+yuy(x,y)=u(x,y) 를 만족한다고 하자. v(X,Y)=u(X,XeY) 로 정의할 때, v 가 만족하는 편미분방정식을 구하세요.
영어 원문 보기
(a) Suppose that u(x,y) obeys the PDE 3ux(x,y)+6uy(x,y)=u(x,y). Define
v(X,Y)=u(X,Y+2X). Find a PDE that v obeys.
(b) Suppose that u(x,y) obeys the PDE xux(x,y)+yuy(x,y)=u(x,y). Define
v(X,Y)=u(X,XeY). Find a PDE that v obeys.