(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).