공간의 어떤 영역의 온도가 도로 주어졌다고 하자.
(a) 참새 한 마리가 곡선 을 따라 일정한 속력 로 날고 있다. 일 때 참새의 속도를 구하세요. (b) 인 점 에서 참새가 느끼는 온도의 변화율을 구하세요. (c) 점 에서 온도가 최대 변화율로 감소하는 방향을 구하세요. (d) 독수리 한 마리가 점 에서 참새의 경로와 교차하며, 참새의 경로와 수직인 방향으로 움직이고, 동시에 온도가 일정하게 유지되는 방향으로 움직이고 있다. 독수리가 점 를 지나갈 때 날아갈 수 있는 방향을 모두 구하세요.
영어 원문 보기
Let the temperature in a region of space be given by degrees.
(a) A sparrow is flying along the curve at a constant speed of . What is the velocity of the sparrow when ? (b) At what rate does the sparrow feel the temperature is changing at the point for which . (c) At the point in what direction will the temperature be decreasing at maximum rate? (d) An eagle crosses the path of the sparrow at , is moving at right angles to the path of the sparrow, and is also moving in a direction in which the temperature remains constant. In what directions could the eagle be flying as it passes through the point ?
정답·풀이 보기
(a) 에서 운동 방향은 접선벡터
로 주어진다. 속도벡터의 크기가 이어야 하므로
이다.
(b) 에서 참새가 느끼는 단위 거리당 온도 변화율은 이다. 따라서 에서 참새가 느끼는 단위 시간당 온도 변화율은
이다.
(c) 온도는 온도의 기울기벡터와 반대 방향, 즉 (임의의 양의 상수배의) 방향으로 최대 변화율로 감소한다.
(d) 독수리는 참새의 운동 방향인 와 수직인 방향으로 움직인다. 또한 독수리는 온도가 일정하게 유지되는 방향으로 움직이므로, 온도의 기울기벡터 와도 수직인 방향으로 움직여야 한다. 따라서 독수리의 방향은 (양의 상수배의) 다음 중 하나이다.
이는 임의의 양의 상수배의 와 같다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) The direction of motion at is given by the tangent vector
Since the length of the velocity vector must be ,
(b) The rate of change of temperature per unit distance felt by the sparrow at is . The rate of change of temperature per unit time felt by the sparrow at is
(c) The temperature decreases at maximum rate in the direction opposite the temperature gradient, which is (any positive constant times) .
(d) The eagle is moving at right angles to the direction of motion of the sparrow, which is . As the eagle is also moving in a direction for which the temperature remains constant, it must be moving perpendicularly to the temperature gradient, . So the direction of the eagle must be (a posiitve constant times) one of
or equivalently, any positive constant times .
