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.
직각삼각형의 한 변의 길이를 측정했더니 3 이고 최대 오차는 ±0.1 이며, 다른 한 변의 길이는 4 이고 최대 오차는 ±0.2 이다.
선형 근사를 이용하여 이 직각삼각형의 빗변의 길이를 계산할 때 생길 수 있는 최대 오차를 어림하세요.
영어 원문 보기
One side of a right triangle is measured to be 3 with a maximum
possible error of ±0.1, and the other side is measured to be
4 with a maximum possible error of ±0.2.
Use the linear approximation to estimate the maximum possible error
in calculating the length of the hypotenuse of the right triangle.
답 쓰고 채점
정답·풀이 보기
두 변의 길이를 x, y 라 하면 x=3±0.1,
y=4±0.2 이다. 그러면 빗변의 길이는
f(x,y)=x2+y2 이다. 다음과 같다.
저항이 R1, R2 인 두 저항을 병렬로 연결하면, 합성 저항 R 은 방정식 R1=R11+R21 을 만족시킨다. 선형 근사를 이용하여 R1 이 2 옴에서 1.9 옴으로 감소하고 R2 가 8 옴에서 8.1 옴으로 증가할 때 R 의 변화량을 어림하세요.
영어 원문 보기
If two resistors of resistance R1 and R2 are wired in parallel,
then the resulting resistance R satisfies the equation
R1=R11+R21. Use the linear
approximation to estimate the change in R if R1 decreases from
2 to 1.9 ohms and R2 increases from 8 to 8.1 ohms.
물체의 비중 S 는 S=A−WA 로 주어진다.
여기서 A 는 공기 중에서 잰 물체의 무게이고 W 는 물속에서 잰 물체의 무게이다. A=20±.01 이고 W=12±.02 일 때, 주어진 측정값으로 S 를 계산할 때의 백분율 오차를 어림하여 구하세요.
영어 원문 보기
The specific gravity S of an object is given by S=A−WA
where A is the weight of the object in air and W is the weight of the
object in water. If A=20±.01 and W=12±.02 find the
approximate percentage error in calculating S from the given measurements.
로 주어진다. 여기서 s 는 비열이고 r 는 밀도이다. (s,r) 를 측정하면 대략 (2,2) 일 것으로 예상하며, P 의 값을 가장 정확하게 얻고자 한다.
s 와 r 를 측정하는 방법은 두 가지가 있다. 방법 1 은 s 의 오차가 ±0.01 이고 r 의 오차가 ±0.1 이며, 방법 2 는 s 와 r 모두 오차가 ±0.02 이다.
방법 1 과 방법 2 중 어느 것을 사용해야 하는지 판단하세요. 이유를 자세히 설명하세요.
영어 원문 보기
The pressure in a solid is given by
P(s,r)=sr(4s2−r2−2)
where s is the specific heat and r is the density. We expect to measure
(s,r) to be approximately (2,2) and would like to have the most
accurate value for P.
There are two different ways to measure s and r. Method 1
has an error in s of ±0.01 and an error in r of ±0.1,
while method 2 has an error of ±0.02 for both s and r.
Should we use method 1 or method 2? Explain your reasoning carefully.
정답·풀이 보기
(2,2) 에서 P(s,r) 의 선형 근사는
P(s,r)≈P(2,2)+Ps(2,2)(s−2)+Pr(2,2)(r−2)
이다.
P(2,2)Ps(2,2)Pr(2,2)=(2)(2)[4(2)2−(2)2−2]=40(which we don’t actually need) =[12s2r−r3−2r]s=r=2=84=[4s3−3sr2−2s]s=r=2=4
이므로 선형 근사는
P(s,r)≈40+84(s−2)+4(r−2)
이다.
방법 1에서 P 의 최대 오차의 크기는 (근사적으로) 많아야
84(0.01)+4(0.1)=1.24
이다.
방법 2에서 P 의 최대 오차의 크기는 (근사적으로) 많아야
84(0.02)+4(0.02)=1.76
이다.
따라서 방법 1이 더 좋다.
원본 교재 풀이(영어)
The linear approximation to P(s,r) at (2,2) is
P(s,r)≈P(2,2)+Ps(2,2)(s−2)+Pr(2,2)(r−2)
As
P(2,2)Ps(2,2)Pr(2,2)=(2)(2)[4(2)2−(2)2−2]=40(which we don’t actually need) =[12s2r−r3−2r]s=r=2=84=[4s3−3sr2−2s]s=r=2=4
the linear approximation is
P(s,r)≈40+84(s−2)+4(r−2)
Under method 1, the maximum error in P will have magnitude
at most (approximately)
84(0.01)+4(0.1)=1.24
Under method 2, the maximum error in P will have magnitude
at most (approximately)
(a) ∂x∂z 를 구하세요.
(b) f(−1,1)<0 일 때, 함수
z=f(x,y) 의 (−1,1) 에서의 선형 근사를 구하세요.
(c) f(−1,1)<0 일 때, (b)의 선형 근사를 이용하여 f(−1.02,0.97) 을 어림하세요.
영어 원문 보기
Suppose that a function z=f(x,y) is implicitly defined by an equation:
xyz+x+y2+z3=0
(a) Find ∂x∂z.
(b) If f(−1,1)<0, find the linear approximation of the function
z=f(x,y) at (−1,1).
(c) If f(−1,1)<0, use the linear approximation in (b) to approximate f(−1.02,0.97).
삼각형의 두 변과 그 끼인각을 측정하였더니 각각 3±.1m, 4±.1m, 90±1∘ 이었다. 이때 코사인법칙 C2=A2+B2−2ABcosθ 를 이용하여 셋째 변의 길이를 계산한다.
계산한 C 의 값에서 생기는 최대 오차의 근삿값을 구하세요.
영어 원문 보기
Two sides and the enclosed angle of a triangle are measured to be
3±.1m, 4±.1m and 90±1∘ respectively. The length of the
third side is then computed using the cosine law C2=A2+B2−2ABcosθ.
What is the approximate maximum error in the computed value of C?
답 쓰고 채점
정답·풀이 보기
C(A,B,θ)=A2+B2−2ABcosθ 라 하자. 그러면
C(3,4,2π)=5 이다. C2=A2+B2−2ABcosθ 를 미분하면
금속의 두께가 0.04cm일 때, 지름이 8cm이고 높이가 12cm인 닫힌 금속 캔에 들어 있는 금속의 부피를 미분을 이용하여 어림하세요.
영어 원문 보기
Use differentials to estimate the volume of metal in a closed
metal can with diameter 8cm and height 12cm if the metal is 0.04cm thick.
정답·풀이 보기
지름이 d 이고 높이가 h 인 원기둥의 부피는 V(d,h)=π(2d)2h 이다. 이 문제의 표현은 주어진 치수가 안쪽 치수인지 바깥쪽 치수인지 밝히지 않아 다소 모호하다. 바깥쪽 치수라고 가정하자. 그러면 금속을 포함한 캔의 부피는 V(8,12) 이고, 금속을 제외한 안쪽 부피는
이다. 따라서 금속의 부피는 약 π×128×0.04=5.12π≈16.1cc 이다. (이 정도의 근사에서는 주어진 치수가 안쪽 치수이든 바깥쪽 치수이든 상관없다.)
원본 교재 풀이(영어)
The volume of a cylinder of diameter d and height h
is V(d,h)=π(2d)2h. The wording of the question is
a bit ambiguous in that it does not specify if the given dimensions are
inside dimensions or outside dimensions. Assume that they are outside
dimensions. Then the volume of the can, including the metal, is V(8,12)
and the volume of the interior, excluding the metal, is
So the volume of metal is approximately π×128×0.04=5.12π≈16.1cc. (To this level of approximation, it doesn't matter
whether the dimensions are inside or outside dimensions.)
(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=1, y=e 이고, x 와 y 를 각각 측정할 때 크기 0.1 의 오차가
생긴다고 하자. 이로 인해 f(x,y) 에 생길 수 있는 최대 오차를 어림하세요.
(b) 함수 f 의 그래프는 R3 안에 있고, 점 (1,e,1) 은
그 그래프 위에 있다. 그 점에서 그래프에 수직인 영벡터가 아닌 벡터를 하나 구하세요.
영어 원문 보기
Consider the function f that maps each point (x,y) in R2
to ye−x.
(a) Suppose that x=1 and y=e, but errors of size 0.1 are
made in measuring each of x and y. Estimate the maximum error
that this could cause in f(x,y).
(b) The graph of the function f sits in R3 , and the point (1,e,1)
lies on that graph. Find a nonzero vector that is perpendicular to that
graph at that point.
정답·풀이 보기
(x,y)=(1,e) 에서 f(x,y)=ye−x 의 1계 편도함수가 필요하다. 다음과 같다.