연습문제 25–28에서 함수 , 벡터 , 점 가 주어져 있다.
(a) 를 구하세요. (b) 가 의 방향의 단위벡터일 때, 에서 를 구하세요.
, ,
영어 원문 보기
In Exercises 25–28, a function , a vector and a point are given.
(a) Find . (b) Find at , where is the unit vector in the direction of .
, ,
문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 다변수 미분
변수가 여러 단계로 연결될 때 나무 그림으로 편도함수를 구한다
유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
83문제 · 4 / 5쪽
연습문제 25–28에서 함수 , 벡터 , 점 가 주어져 있다.
(a) 를 구하세요. (b) 가 의 방향의 단위벡터일 때, 에서 를 구하세요.
, ,
In Exercises 25–28, a function , a vector and a point are given.
(a) Find . (b) Find at , where is the unit vector in the direction of .
, ,
열역학 교재에서는 다음 관계를 사용한다.
이 등식의 의미를 설명하고, 이것이 성립함을 증명하세요.
Thermodynamics texts use the relationship
Explain the meaning of this equation and prove that it is true.
기본 가정은 세 양 , , 가 서로 독립이 아니라는 것이다. 이 중 어느 두 개가 주어지면 나머지 하나가 유일하게 정해진다. 이들이 관계식 을 만족한다고 가정하면, 이 식을 풀어서
예를 들어 이면
일반적으로 이 를 정한다는 것은
이 모든 와 에 대해 성립한다는 뜻이다. 라 하자. 에 ( 와 를 독립변수로 보고) 연쇄 법칙을 적용하면
이다.
등식 는 모든 와 에 대해 임을 뜻한다. 따라서 등식 를 에 대해 미분하면
이 모든 와 에 대해 성립한다. 마찬가지로 을 에 대해 미분하고 을 에 대해 미분하면
를 얻는다.
가 을 만족하는 임의의 점이면 (따라서 , , 이다),
이고,
이다.
The basic assumption is that the three quantites , and are not independent. Given any two of them, the third is uniquely determined. They are assumed to satisfy a relationship , which can be solved to
As an example, if , then
In general, saying that determines means that
for all and . Set . Applying the chain rule to (with and independent variables) gives
The equation says that for all and . So differentiating the equation with respect to gives
for all and . Similarly, differentiating with respect to and with respect to gives
If is any point satisfying (so that and and ), then
and
다음 논증에서 잘못된 점은 무엇인가요? 이고 라고 하자. 연쇄 법칙에 의해
이다. 따라서 이고, 그러므로 또는 이다.
What is wrong with the following argument? Suppose that and . By the chain rule,
Hence and so or .
문제는 같은 등식 안에서 가 서로 완전히 다른 두 함수를 나타내는 데 쓰였다는 점이다. 이 식을 정확하게 쓰는 방법은 다음과 같다. 와 를 연속적으로 미분가능한 함수라 하고 로 정의하자. 연쇄 법칙에 의해
이다. 이지만 는 성립하지 않는다. 예를 들어 이고 라 하자. 그러면 모든 에 대해 이므로 인 반면, 모든 에 대해 이다.
The problem is that is used to represent two completely different functions in the same equation. The careful way to write the equation is the following. Let and be continuously differentiable functions and define . By the chain rule,
While , it is not true that . For example, take and . Then for all , so that while for all .
연쇄 법칙을 이용하는 방법을 포함하여 두 가지 방법으로 와 의 값을 구하세요. 단, 함수 이고 , 입니다.
Use two methods (one using the chain rule) to evaluate and given that the function , with and .
방법 1: 이고 , , 이므로 를 명시적으로 나타낼 수 있다:
Method 1: Since with , and we can write out explicitly:
의 값을 의 편도함수로 나타내어 구하세요. 연쇄 법칙과, 혼합 편도함수가 서로 같음을 나타내는 클레로의 정리를 적용할 수 있도록 는 매끄러운 함수라고 가정해도 됩니다.
Evaluate in terms of partial derivatives of . You may assume that is a smooth function so that the Chain Rule and Clairaut's Theorem on the equality of the mixed partial derivatives apply.
정의에 따라
이다.
안쪽부터 차례로 편도함수를 계산한다. 라 하면 가장 안쪽의 편도함수는 이다. 연쇄 법칙에 의해
이다.
여기서 아래첨자 은 두 번째 변수를 고정한 채 를 첫 번째 변수에 대해 편미분한다는 뜻이고, 아래첨자 는 첫 번째 변수를 고정한 채 를 두 번째 변수에 대해 편미분한다는 뜻이다. 다음으로 가운데 편도함수를 라 하면
이다.
연쇄 법칙을 (두 번) 쓰면
이므로
이다.
마지막 등호에서는 임을 이용했다. 기호 은 먼저 두 번째 변수에 대해 미분한 다음 첫 번째 변수에 대해 미분한다는 뜻이다. 예를 들어 이면
이다.
마지막으로
이다.
연쇄 법칙을 세 번 적용하면
이다.
우변의 모든 함수의 인수는 이다.
By definition,
We'll compute the derivatives from the inside out. Let's call so that the innermost derivative is . By the chain rule
Here the subscript means take the partial derivative of with respect to the first argument while holding the second argument fixed, and the subscript means take the partial derivative of with respect to the second argument while holding the first argument fixed. Next call the middle derivative so that
By the chain rule (twice),
so that
In the last equality we used that . The notation means first differentiate with respect to the second argument and then differentiate with respect to the first argument. For example, if , then
Finally, we get to
By three applications of the chain rule
All functions on the right hand side have arguments .
의 모든 이계도함수를 구하세요. 는 매끄러운 함수이므로 연쇄 법칙과 혼합 편도함수의 같음에 관한 클레로의 정리가 적용된다고 가정해도 됩니다.
Find all second order derivatives of . You may assume that is a smooth function so that the Chain Rule and Clairaut's Theorem on the equality of the mixed partial derivatives apply.
주어진 함수는
이다.
일계도함수는
이다.
이계도함수는
이다.
여기서 은 를 첫 번째 변수에 대해 편미분한 편도함수를 뜻하고, 는 를 먼저 첫 번째 변수에 대해 편미분한 다음 그 결과를 두 번째 변수에 대해 편미분한 것이며, 나머지도 같은 방식이다.
The given function is
The first order derivatives are
The second order derivatives are
Here denotes the partial derivative of with respect to its first argument, is the result of first taking one partial derivative of with respect to its first argument and then taking a partial derivative with respect to its second argument, and so on.
가 라플라스 방정식 을 만족시킨다고 가정하세요. 합성함수 에 대해서도 같은 식이 성립함을 보이세요. 즉, 임을 보이세요. 는 매끄러운 함수여서 연쇄 법칙과 혼합 편도함수의 같음에 관한 클레로의 정리를 적용할 수 있다고 가정해도 됩니다.
Assume that satisfies Laplace's equation . Show that this is also the case for the composite function . That is, show that . You may assume that is a smooth function so that the Chain Rule and Clairaut's Theorem on the equality of the mixed partial derivatives apply.
연쇄 법칙에 의해,
이고
이다. 인수를 생략하면
이므로 원하는 결과가 얻어진다.
By the chain rule,
and
Suppressing the arguments
as desired.
이고 , 라 하자. 다음 등식이 성립하도록 하는 상수 , , 의 값을 구하세요.
는 매끄러운 함수이므로 연쇄 법칙과 혼합 편도함수의 같음에 대한 클레로의 정리를 적용할 수 있다고 가정해도 됩니다.
Let where and . Find the values of the constants , and such that
You may assume that is a smooth function so that the Chain Rule and Clairaut's Theorem on the equality of the mixed partial derivatives apply.
이 문제의 표기는 매우 좋지 않다. 기호 가 한 등식 안에서 두 가지 다른 뜻으로 쓰였기 때문이다. 좌변에서는 와 의 함수이고, 우변에서는 와 의 함수이다. 안타깝게도 이러한 표기의 남용은 매우 흔하다. 와 의 함수를 로 바꾸어 표기의 충돌을 없애자. 즉,
이 새 표기에서는 다음이 성립하도록 , , 를 구하면 된다.
여기서 우변의 인수는 이고 좌변의 인수는 이다.
연쇄 법칙에 의해
이고
이다. 인수를 생략하면
이다. 마지막으로 문제의 (좋지 않은) 표기로 되돌리면
이므로 이고 이다.
The notation in the statement of this question is horrendous — the symbol is used with two different meanings in one equation. On the left hand side, it is a function of and , and on the right hand side, it is a function of and . Unfortunately that abuse of notation is also very common. Let us undo the notation conflict by renaming the function of and to . That is,
In this new notation, we are being asked to find , and so that
with the arguments on the right hand side being and the arguments on the left hand side being .
By the chain rule,
and
Suppressing the arguments
Finally, translating back into the (horrendous) notation of the question
so that and .
를 위의 함수라 하자. 의 점을 로 나타내고, 의 대응하는 편도함수를 , , , 등으로 나타낸다. 이 편도함수들이 모두 연속이라고 가정한다.
를 함수 의 편도함수를 사용하여 나타내세요.
Let be a function on . Denote points in by and the corresponding partial derivatives of by , , , , etc.. Assume those derivatives are all continuous. Express
in terms of partial derivatives of the function .
, 라 하자. 그러면 이다. 연쇄 법칙에 의해
Let , and . Then . By the chain rule
가 다음과 같이 정의된다.
여기서 는 임의의 함수이다.
(a) 일 때, 와 를 구하세요. (b) 임의의 함수 에 대해 가 다음을 만족시킴을 보이세요.
is defined as
for an arbitrary function .
(a) If , find and . (b) For an arbitrary show that satisfies
임의의 (미분가능한) 함수 에 대해, 연쇄법칙과 곱의 미분법에 의해 다음이 성립한다.
(a) 특히 일 때 이므로
(b) 일반적으로
For any (differentiable) function , we have, by the chain and product rules,
(a) In particular, when , and
(b) In general
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