유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

94문제 · 5 / 5쪽

81.APEX · 12.3절 · 33번대학 수준우리말 번역

연습문제 31–34에서 fxf_x, fyf_y, fzf_z, fyzf_{yz}, fzyf_{zy} 를 구하세요.

f(x,y,z)=3x7y2z\displaystyle f(x,y,z) = \frac{3x}{7y^2z}

영어 원문 보기

In Exercises 31–34, find fxf_x, fyf_y, fzf_z, fyzf_{yz} and fzyf_{zy}.

f(x,y,z)=3x7y2z\displaystyle f(x,y,z) = \frac{3x}{7y^2z}

정답·풀이 보기

fx=37y2zf_x = \frac{3}{7y^2z}, fy=−6x7y3zf_y = -\frac{6x}{7y^3z}, fz=−3x7y2z2f_z = -\frac{3x}{7y^2z^2}

fyz=6x7y3z2f_{yz} = \frac{6x}{7y^3z^2}, fzy=6x7y3z2f_{zy} = \frac{6x}{7y^3z^2}

원본 교재 풀이(영어)

fx=37y2zf_x = \frac{3}{7y^2z}, fy=−6x7y3zf_y = -\frac{6x}{7y^3z}, fz=−3x7y2z2f_z = -\frac{3x}{7y^2z^2}

fyz=6x7y3z2f_{yz} = \frac{6x}{7y^3z^2}, fzy=6x7y3z2f_{zy} = \frac{6x}{7y^3z^2}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 2.2절 · 10번
# 편도함수계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
82.APEX · 12.3절 · 34번대학 수준우리말 번역

연습문제 31–34에서 fxf_x, fyf_y, fzf_z, fyzf_{yz}, fzyf_{zy} 를 구하세요.

f(x,y,z)=ln⁡(xyz)\displaystyle f(x,y,z) = \ln(xyz)

영어 원문 보기

In Exercises 31–34, find fxf_x, fyf_y, fzf_z, fyzf_{yz} and fzyf_{zy}.

f(x,y,z)=ln⁡(xyz)\displaystyle f(x,y,z) = \ln(xyz)

정답·풀이 보기

fx=1xf_x = \frac1x, fy=1yf_y = \frac1y, fz=1zf_z = \frac1z

fyz=0f_{yz} = 0, fzy=0f_{zy} = 0

원본 교재 풀이(영어)

fx=1xf_x = \frac1x, fy=1yf_y = \frac1y, fz=1zf_z = \frac1z

fyz=0f_{yz} = 0, fzy=0f_{zy} = 0

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 2.2절 · 2번
# 편도함수계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
83.CLP-3 · 2.2절 · 2번대학 수준우리말 번역

당신은 기복이 있는 지형을 가로지르고 있습니다. zz축은 하늘을 향해 곧장 위쪽, 양의 xx축은 정남쪽, 양의 yy축은 정동쪽이라고 합시다. 그러면 당신 주변의 지형은 방정식 z=f(x,y)z=f(x,y) 로 나타나고, 당신은 점 (0,0,f(0,0))(0,0,f(0,0)) 에 있습니다. 함수 f(x,y)f(x,y) 는 미분가능합니다.

fy(0,0)<0f_y(0,0)<0 이라고 합시다. 당신이 정상에 있을 수 있습니까? 설명하세요.

영어 원문 보기

You are traversing an undulating landscape. Take the zz-axis to be straight up towards the sky, the positive xx-axis to be due south, and the positive yy-axis to be due east. Then the landscape near you is described by the equation z=f(x,y)z=f(x,y), with you at the point (0,0,f(0,0))(0,0,f(0,0)). The function f(x,y)f(x,y) is differentiable.

Suppose fy(0,0)<0f_y(0,0)<0. Is it possible that you are at a summit? Explain.

정답·풀이 보기

fy(0,0)<0f_y(0,0)<0 이면 yy 가 00 에서 증가할 때 f(0,y)f(0,y) 는 감소한다. 따라서 yy 가 양인 방향으로 이동하면 내리막길이 된다. 이는 계곡의 가장 낮은 지점에 있지 않다는 뜻이다. 아직 내려갈 수 있기 때문이다. 한편 fy(0,0)<0f_y(0,0)<0 이므로, yy 가 조금 작은 음수 값에서 00 을 향해 증가할 때에도 f(0,y)f(0,y) 는 감소한다. 따라서 y=0y=0 에서 음의 yy 방향으로 이동하면 높이 zz 는 증가한다. 그러므로 당신은 국소적으로 가장 높은 지점에 있지 않다. 즉 정상에 있지 않다.

원본 교재 풀이(영어)

If fy(0,0)<0f_y(0,0)<0, then f(0,y)f(0,y) decreases as yy increases from 00. Thus moving in the positive yy direction takes you downhill. This means you aren't at the lowest point in a valley, since you can still move downhill. On the other hand, as fy(0,0)<0f_y(0,0)<0, f(0,y)f(0,y) also decreases as yy increases towards 00 from slightly negative values. Thus if you move in the negative yy-direction from y=0y=0, your height zz will increase. So you are not at a locally highest point—you're not at a summit.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 2.2절 · 3번
# 편도함수계산기본자동 분류
84.CLP-3 · 2.2절 · 3번대학 수준우리말 번역

f(x,y)={x2yx2+y2(x,y)≠(0,0) 이면0(x,y)=(0,0) 이면f(x,y)=\begin{cases}\frac{x^2y}{x^2+y^2}& \text{$(x,y)\ne (0,0)$ 이면} \\ 0 & \text{$(x,y)=(0,0)$ 이면} \end{cases}

이라고 하자. 정의로부터 직접 다음을 계산하세요.

(a) ∂f∂x(0,0)\frac{\partial f}{\partial x}(0,0) (b) ∂f∂y(0,0)\frac{\partial f}{\partial y}(0,0) (c) ddtf(t,t)∣t=0\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} f(t,t)\Big|_{t=0}

영어 원문 보기

Let

f(x,y)={x2yx2+y2if (x,y)≠(0,0)0if (x,y)=(0,0)f(x,y)=\begin{cases}\frac{x^2y}{x^2+y^2}& \text{if $(x,y)\ne (0,0)$} \\ 0 & \text{if $(x,y)=(0,0)$} \end{cases}

Compute, directly from the definitions,

(a) ∂f∂x(0,0)\frac{\partial f}{\partial x}(0,0) (b) ∂f∂y(0,0)\frac{\partial f}{\partial y}(0,0) (c) ddtf(t,t)∣t=0\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} f(t,t)\Big|_{t=0}

답 쓰고 채점
(a)
(b)
(c)
정답·풀이 보기

(a) 정의에 의해

∂f∂x(0,0)=lim⁡Δx→0f(Δx,0)−f(0,0)Δx=lim⁡Δx→0(Δx2)(0)Δx2+02−0Δx=0\begin{aligned} \frac{\partial f}{\partial x}(0,0) &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{f(\Delta x,0)-f(0,0)}{\Delta x} \\ &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{\frac{(\Delta x^2)(0)}{\Delta x^2+0^2}-0}{\Delta x} \\ &=0 \end{aligned}

(b) 정의에 의해

∂f∂y(0,0)=lim⁡Δy→0f(0,Δy)−f(0,0)Δy=lim⁡Δy→0(02)(Δy)02+Δy2−0Δy=0\begin{aligned} \frac{\partial f}{\partial y}(0,0) &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{f(0,\Delta y)-f(0,0)}{\Delta y} \\ &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{\frac{(0^2)(\Delta y)}{0^2+\Delta y^2}-0}{\Delta y} \\ &=0 \end{aligned}

(c) 정의에 의해

ddtf(t,t)∣t=0=lim⁡t→0f(t,t)−f(0,0)t=lim⁡t→0(t2)(t)t2+t2−0t=lim⁡t→0t/2t=12\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} f(t,t)\Big|_{t=0} &=\lim_{t\rightarrow 0}\frac{f(t,t)-f(0,0)}{t} \\ &=\lim_{t\rightarrow 0}\frac{\frac{(t^2)(t)}{t^2+t^2}-0}{t} \\ &=\lim_{t\rightarrow 0}\frac{t/2}{t} \\ &=\frac{1}{2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

(a) By definition

∂f∂x(0,0)=lim⁡Δx→0f(Δx,0)−f(0,0)Δx=lim⁡Δx→0(Δx2)(0)Δx2+02−0Δx=0\begin{aligned} \frac{\partial f}{\partial x}(0,0) &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{f(\Delta x,0)-f(0,0)}{\Delta x} \\ &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{\frac{(\Delta x^2)(0)}{\Delta x^2+0^2}-0}{\Delta x} \\ &=0 \end{aligned}

(b) By definition

∂f∂y(0,0)=lim⁡Δy→0f(0,Δy)−f(0,0)Δy=lim⁡Δy→0(02)(Δy)02+Δy2−0Δy=0\begin{aligned} \frac{\partial f}{\partial y}(0,0) &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{f(0,\Delta y)-f(0,0)}{\Delta y} \\ &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{\frac{(0^2)(\Delta y)}{0^2+\Delta y^2}-0}{\Delta y} \\ &=0 \end{aligned}

(c) By definition

ddtf(t,t)∣t=0=lim⁡t→0f(t,t)−f(0,0)t=lim⁡t→0(t2)(t)t2+t2−0t=lim⁡t→0t/2t=12\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} f(t,t)\Big|_{t=0} &=\lim_{t\rightarrow 0}\frac{f(t,t)-f(0,0)}{t} \\ &=\lim_{t\rightarrow 0}\frac{\frac{(t^2)(t)}{t^2+t^2}-0}{t} \\ &=\lim_{t\rightarrow 0}\frac{t/2}{t} \\ &=\frac{1}{2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 2.2절 · 6번
# 편도함수계산기본자동 분류
85.CLP-3 · 2.2절 · 4번대학 수준우리말 번역

다음 함수의 모든 1계 편도함수를 구하고, 주어진 점에서의 값을 구하세요.

(a) f(x,y,z)=x3y4z5(0,−1,−1)f(x,y,z)=x^3y^4z^5\qquad (0,-1,-1) (b) w(x,y,z)=ln⁡(1+exyz)(2,0,−1)w(x,y,z)=\ln\left(1+e^{xyz}\right)\qquad (2,0,-1) (c) f(x,y)=1x2+y2(−3,4)f(x,y)=\frac{1}{\sqrt{x^2+y^2}}\qquad (-3,4)

영어 원문 보기

Find all first partial derivatives of the following functions and evaluate them at the given point.

(a) f(x,y,z)=x3y4z5(0,−1,−1)f(x,y,z)=x^3y^4z^5\qquad (0,-1,-1) (b) w(x,y,z)=ln⁡(1+exyz)(2,0,−1)w(x,y,z)=\ln\left(1+e^{xyz}\right)\qquad (2,0,-1) (c) f(x,y)=1x2+y2(−3,4)f(x,y)=\frac{1}{\sqrt{x^2+y^2}}\qquad (-3,4)

정답·풀이 보기

(a)

fx(x,y,z)=3x2y4z5fx(0,−1,−1)=0fy(x,y,z)=4x3y3z5fy(0,−1,−1)=0fz(x,y,z)=5x3y4z4fz(0,−1,−1)=0\begin{aligned} f_x(x,y,z)&=3x^2y^4z^5 & f_x(0,-1,-1)&=0\\ f_y(x,y,z)&=4x^3y^3z^5 & f_y(0,-1,-1)&=0\\ f_z(x,y,z)&=5x^3y^4z^4 & f_z(0,-1,-1)&=0 \end{aligned}

(b)

wx(x,y,z)=yzexyz1+exyzwx(2,0,−1)=0wy(x,y,z)=xzexyz1+exyzwy(2,0,−1)=−1wz(x,y,z)=xyexyz1+exyzwz(2,0,−1)=0\begin{aligned} w_x(x,y,z)&=\frac{yz e^{xyz}}{1+e^{xyz}} & w_x(2,0,-1)&=0\\ w_y(x,y,z)&=\frac{xz e^{xyz}}{1+e^{xyz}} & w_y(2,0,-1)&=-1\\ w_z(x,y,z)&=\frac{xy e^{xyz}}{1+e^{xyz}} & w_z(2,0,-1)&=0 \end{aligned}

(c)

fx(x,y)=−x(x2+y2)3/2fx(−3,4)=3125fy(x,y)=−y(x2+y2)3/2fy(−3,4)=−4125\begin{aligned} f_x(x,y)&=-\frac{x}{(x^2+y^2)^{3/2}} & f_x(-3,4)&=\frac{3}{125}\\ f_y(x,y)&=-\frac{y}{(x^2+y^2)^{3/2}} & f_y(-3,4)&=-\frac{4}{125} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

(a)

fx(x,y,z)=3x2y4z5fx(0,−1,−1)=0fy(x,y,z)=4x3y3z5fy(0,−1,−1)=0fz(x,y,z)=5x3y4z4fz(0,−1,−1)=0\begin{aligned} f_x(x,y,z)&=3x^2y^4z^5 & f_x(0,-1,-1)&=0\\ f_y(x,y,z)&=4x^3y^3z^5 & f_y(0,-1,-1)&=0\\ f_z(x,y,z)&=5x^3y^4z^4 & f_z(0,-1,-1)&=0 \end{aligned}

(b)

wx(x,y,z)=yzexyz1+exyzwx(2,0,−1)=0wy(x,y,z)=xzexyz1+exyzwy(2,0,−1)=−1wz(x,y,z)=xyexyz1+exyzwz(2,0,−1)=0\begin{aligned} w_x(x,y,z)&=\frac{yz e^{xyz}}{1+e^{xyz}} & w_x(2,0,-1)&=0\\ w_y(x,y,z)&=\frac{xz e^{xyz}}{1+e^{xyz}} & w_y(2,0,-1)&=-1\\ w_z(x,y,z)&=\frac{xy e^{xyz}}{1+e^{xyz}} & w_z(2,0,-1)&=0 \end{aligned}

(c)

fx(x,y)=−x(x2+y2)3/2fx(−3,4)=3125fy(x,y)=−y(x2+y2)3/2fy(−3,4)=−4125\begin{aligned} f_x(x,y)&=-\frac{x}{(x^2+y^2)^{3/2}} & f_x(-3,4)&=\frac{3}{125}\\ f_y(x,y)&=-\frac{y}{(x^2+y^2)^{3/2}} & f_y(-3,4)&=-\frac{4}{125} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 2.2절 · 5번
# 편도함수계산보통자동 분류
86.CLP-3 · 2.2절 · 6번대학 수준우리말 번역

곡면 z(x,y)z(x, y) 가 zy−y+x=ln⁡(xyz)zy - y + x = \ln(xyz) 로 정의된다.

(a) ∂z∂x\frac{\partial z}{\partial x}, ∂z∂y\frac{\partial z}{\partial y} 를 xx, yy, zz 로 나타내어 구하세요. (b) (x,y,z)=(−1,−2,1/2)(x, y, z) = (-1, -2, 1/2) 에서 ∂z∂x\frac{\partial z}{\partial x} 와 ∂z∂y\frac{\partial z}{\partial y} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

A surface z(x,y)z(x, y) is defined by zy−y+x=ln⁡(xyz)zy - y + x = \ln(xyz).

(a) Compute ∂z∂x\frac{\partial z}{\partial x}, ∂z∂y\frac{\partial z}{\partial y} in terms of xx, yy, zz. (b) Evaluate ∂z∂x\frac{\partial z}{\partial x} and ∂z∂y\frac{\partial z}{\partial y} at (x,y,z)=(−1,−2,1/2)(x, y, z) = (-1, -2, 1/2).

정답·풀이 보기

(a) z(x,y)z(x,y) 는 다음을 만족시킨다고 주어졌다.

z(x,y) y−y+x=ln⁡(xy z(x,y))(∗)\begin{aligned} z(x,y)\, y - y + x = \ln\big(xy\,z(x,y)\big) \tag{$*$}\end{aligned}

이는 모든 (x,y)(x,y) ((−1,−2)(-1,-2) 근방)에 대해 성립한다. (∗)(*) 를 xx 에 대해 미분하면

y ∂z∂x(x,y)+1=1x+∂z∂x(x,y)z(x,y)  ⟹  ∂z∂x(x,y)=1x−1y−1z(x,y)\begin{aligned} y\,\frac{\partial z}{\partial x}(x,y) + 1 = \frac{1}{x} + \frac{\frac{\partial z}{\partial x}(x,y)}{z(x,y)} \implies \frac{\partial z}{\partial x}(x,y) = \frac{\frac{1}{x}-1}{y-\frac{1}{z(x,y)}} \end{aligned}

이고, 인수 (x,y)(x,y) 를 생략한 뒤 분자와 분모에 모두 xzxz 를 곱하면

∂z∂x=z−xzxyz−x=z(1−x)x(yz−1)\begin{aligned} \frac{\partial z}{\partial x} = \frac{z-xz}{xyz-x} = \frac{z(1-x)}{x(yz-1)} \end{aligned}

(∗)(*) 를 yy 에 대해 미분하면

z(x,y)+y ∂z∂y(x,y)−1=1y+∂z∂y(x,y)z(x,y)  ⟹  ∂z∂y(x,y)=1y+1−z(x,y)y−1z(x,y)\begin{aligned} z(x,y)+y\,\frac{\partial z}{\partial y}(x,y) - 1 = \frac{1}{y} + \frac{\frac{\partial z}{\partial y}(x,y)}{z(x,y)} \implies \frac{\partial z}{\partial y}(x,y) = \frac{\frac{1}{y}+1-z(x,y)}{y-\frac{1}{z(x,y)}} \end{aligned}

이고, 인수 (x,y)(x,y) 를 생략한 뒤 분자와 분모에 모두 yzyz 를 곱하면

∂z∂y=z+yz−yz2y2z−y=z(1+y−yz)y(yz−1)\begin{aligned} \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{z+yz-yz^2}{y^2z-y} = \frac{z(1+y-yz)}{y(yz-1)} \end{aligned}

(b) (x,y,z)=(−1,−2,1/2)(x,y,z) = (-1, -2, 1/2) 일 때,

∂z∂x(−1,−2)=1x−1y−1z∣(x,y,z)=(−1,−2,1/2)=1−1−1−2−2=12∂z∂y(−1,−2)=1y+1−zy−1z∣(x,y,z)=(−1,−2,1/2)=1−2+1−12−2−2=0\begin{aligned} \frac{\partial z}{\partial x}(-1,-2) &= \left.\frac{\frac{1}{x}-1}{y-\frac{1}{z}} \right|_{(x,y,z) = (-1, -2, 1/2)} =\frac{\frac{1}{-1}-1}{-2-2} =\frac{1}{2} \\ \frac{\partial z}{\partial y}(-1,-2) &= \left.\frac{\frac{1}{y}+1-z}{y-\frac{1}{z}} \right|_{(x,y,z) = (-1, -2, 1/2)} =\frac{\frac{1}{-2}+1-\frac{1}{2}}{-2-2} =0 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

(a) We are told that z(x,y)z(x,y) obeys

z(x,y) y−y+x=ln⁡(xy z(x,y))(∗)\begin{aligned} z(x,y)\, y - y + x = \ln\big(xy\,z(x,y)\big) \tag{$*$}\end{aligned}

for all (x,y)(x,y) (near (−1,−2)(-1,-2)). Differentiating (∗)(*) with respect to xx gives

y ∂z∂x(x,y)+1=1x+∂z∂x(x,y)z(x,y)  ⟹  ∂z∂x(x,y)=1x−1y−1z(x,y)\begin{aligned} y\,\frac{\partial z}{\partial x}(x,y) + 1 = \frac{1}{x} + \frac{\frac{\partial z}{\partial x}(x,y)}{z(x,y)} \implies \frac{\partial z}{\partial x}(x,y) = \frac{\frac{1}{x}-1}{y-\frac{1}{z(x,y)}} \end{aligned}

or, dropping the arguments (x,y)(x,y) and multiplying both the numerator and denominator by xzxz,

∂z∂x=z−xzxyz−x=z(1−x)x(yz−1)\begin{aligned} \frac{\partial z}{\partial x} = \frac{z-xz}{xyz-x} = \frac{z(1-x)}{x(yz-1)} \end{aligned}

Differentiating (∗)(*) with respect to yy gives

z(x,y)+y ∂z∂y(x,y)−1=1y+∂z∂y(x,y)z(x,y)  ⟹  ∂z∂y(x,y)=1y+1−z(x,y)y−1z(x,y)\begin{aligned} z(x,y)+y\,\frac{\partial z}{\partial y}(x,y) - 1 = \frac{1}{y} + \frac{\frac{\partial z}{\partial y}(x,y)}{z(x,y)} \implies \frac{\partial z}{\partial y}(x,y) = \frac{\frac{1}{y}+1-z(x,y)}{y-\frac{1}{z(x,y)}} \end{aligned}

or, dropping the arguments (x,y)(x,y) and multiplying both the numerator and denominator by yzyz,

∂z∂y=z+yz−yz2y2z−y=z(1+y−yz)y(yz−1)\begin{aligned} \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{z+yz-yz^2}{y^2z-y} = \frac{z(1+y-yz)}{y(yz-1)} \end{aligned}

(b) When (x,y,z)=(−1,−2,1/2)(x,y,z) = (-1, -2, 1/2),

∂z∂x(−1,−2)=1x−1y−1z∣(x,y,z)=(−1,−2,1/2)=1−1−1−2−2=12∂z∂y(−1,−2)=1y+1−zy−1z∣(x,y,z)=(−1,−2,1/2)=1−2+1−12−2−2=0\begin{aligned} \frac{\partial z}{\partial x}(-1,-2) &= \left.\frac{\frac{1}{x}-1}{y-\frac{1}{z}} \right|_{(x,y,z) = (-1, -2, 1/2)} =\frac{\frac{1}{-1}-1}{-2-2} =\frac{1}{2} \\ \frac{\partial z}{\partial y}(-1,-2) &= \left.\frac{\frac{1}{y}+1-z}{y-\frac{1}{z}} \right|_{(x,y,z) = (-1, -2, 1/2)} =\frac{\frac{1}{-2}+1-\frac{1}{2}}{-2-2} =0 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 2.2절 · 7번
# 편도함수계산보통자동 분류
87.CLP-3 · 2.2절 · 7번대학 수준우리말 번역

(T,U,V,W)(T, U, V, W) 가 다음 식으로 서로 관계되어 있을 때, (1,1,2,4)(1, 1, 2, 4) 에서 ∂U∂T\frac{\partial U}{\partial T} 와 ∂T∂V\frac{\partial T}{\partial V} 를 구하세요.

(TU−V)2ln⁡(W−UV)=ln⁡2(TU-V)^2 \ln(W-UV) = \ln 2

영어 원문 보기

Find ∂U∂T\frac{\partial U}{\partial T} and ∂T∂V\frac{\partial T}{\partial V} at (1,1,2,4)(1, 1, 2, 4) if (T,U,V,W)(T, U, V, W) are related by

(TU−V)2ln⁡(W−UV)=ln⁡2(TU-V)^2 \ln(W-UV) = \ln 2

정답·풀이 보기

네 변수 TT, UU, VV, WW 는 하나의 방정식 (TU−V)2ln⁡(W−UV)=ln⁡2(TU-V)^2 \ln(W-UV) = \ln 2 를 만족한다고 하였다. 따라서 이 변수들이 모두 독립인 것은 아니다. 대략 말하면, 이 중 세 변수를 독립변수로 보고, 주어진 방정식을 나머지 한 변수에 대해 선택한 세 독립변수의 함수로 풀 수 있다.

먼저 ∂U∂T\frac{\partial U}{\partial T} 를 구하라고 하였다. 이는 TT, VV, WW 를 독립변수로 보고 UU 를 다음을 만족하는 함수 U(T,V,W)U(T,V,W) 로 보라는 뜻이다.

(T U(T,V,W)−V)2ln⁡(W−U(T,V,W) V)=ln⁡2(E1)\big(T\, U(T,V,W)-V\big)^2 \ln\big(W-U(T,V,W)\,V\big) = \ln 2 \tag{E1}

이는 (1,1,2,4)(1, 1, 2, 4) 에 충분히 가까운 모든 (T,U,V,W)(T, U, V, W) 에 대해 성립한다. (E1)의 양변을 TT 에 대해 미분하면 다음과 같다.

2(T U(T,V,W)−V)[U(T,V,W)+T ∂U∂T(T,V,W)]ln⁡(W−U(T,V,W) V)−(T U(T,V,W)−V)21W−U(T,V,W) V∂U∂T(T,V,W) V=0\begin{aligned} &2\big(T\, U(T,V,W)-V\big) \left[ U(T,V,W) +T\ \frac{\partial U}{\partial T}(T,V,W)\right] \ln\big(W-U(T,V,W)\,V\big) \\ & -\big(T\, U(T,V,W)-V\big)^2 \frac{1}{W-U(T,V,W)\,V}\frac{\partial U}{\partial T}(T,V,W)\,V = 0 \end{aligned}

특히 (T,U,V,W)=(1,1,2,4)(T, U, V, W)=(1, 1, 2, 4) 에서는 다음과 같다.

2((1)(1)−2)[1+(1)∂U∂T(1,2,4)]ln⁡(4−(1)(2))−((1)(1)−2)214−(1)(2)∂U∂T(1,2,4) (2)=0\begin{aligned} &2\big((1)(1)-2\big) \left[ 1 +(1)\frac{\partial U}{\partial T}(1,2,4)\right] \ln\big(4-(1)(2)\big) \\ & -\big((1)(1)-2\big)^2 \frac{1}{4-(1)(2)}\frac{\partial U}{\partial T}(1,2,4)\,(2) = 0 \end{aligned}

이를 간단히 하면 다음과 같다.

−2[1+∂U∂T(1,2,4)]ln⁡(2)−∂U∂T(1,2,4)=0  ⟹  ∂U∂T(1,2,4)=−2ln⁡(2)1+2ln⁡(2)\begin{aligned} -2\left[ 1 +\frac{\partial U}{\partial T}(1,2,4)\right] \ln(2) -\frac{\partial U}{\partial T}(1,2,4)=0 \implies \frac{\partial U}{\partial T}(1,2,4) = -\frac{2\ln(2)}{1+2\ln(2)} \end{aligned}

다음으로 ∂T∂V\frac{\partial T}{\partial V} 를 구하라고 하였다. 이는 UU, VV, WW 를 독립변수로 보고 TT 를 다음을 만족하는 함수 T(U,V,W)T(U,V,W) 로 보라는 뜻이다.

(T(U,V,W) U−V)2ln⁡(W−U V)=ln⁡2(E2)\big(T(U,V,W)\, U-V\big)^2 \ln\big(W-U\,V\big) = \ln 2 \tag{E2}

이는 (1,1,2,4)(1, 1, 2, 4) 에 충분히 가까운 모든 (T,U,V,W)(T, U, V, W) 에 대해 성립한다. (E2)의 양변을 VV 에 대해 미분하면 다음과 같다.

2(T(U,V,W) U−V) [∂T∂V(U,V,W) U−1]ln⁡(W−U V)−(T(U,V,W) U−V)2UW−U V=0\begin{aligned} &2\big(T(U,V,W)\, U-V\big)\ \left[\frac{\partial T}{\partial V}(U,V,W)\ U-1\right] \ln\big(W-U\,V\big) \\ & -\big(T(U,V,W)\, U-V\big)^2 \frac{U}{W-U\,V} = 0 \end{aligned}

특히 (T,U,V,W)=(1,1,2,4)(T, U, V, W)=(1, 1, 2, 4) 에서는 다음과 같다.

2((1)(1)−2)[(1)∂T∂V(1,2,4)−1]ln⁡(4−(1)(2))−((1)(1)−2)214−(1)(2)=0\begin{aligned} &2\big((1)(1)-2\big) \left[ (1)\frac{\partial T}{\partial V}(1,2,4)-1\right] \ln\big(4-(1)(2)\big) \\ & -\big((1)(1)-2\big)^2 \frac{1}{4-(1)(2)} = 0 \end{aligned}

이를 간단히 하면 다음과 같다.

−2[∂T∂V(1,2,4)−1]ln⁡(2)−12=0  ⟹  ∂T∂V(1,2,4)=1−14ln⁡(2)\begin{aligned} -2\left[\frac{\partial T}{\partial V}(1,2,4)-1\right] \ln(2) -\frac{1}{2}=0 \implies \frac{\partial T}{\partial V}(1,2,4) = 1 -\frac{1}{4\ln(2)} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We are told that the four variables TT, UU, VV, WW obey the single equation (TU−V)2ln⁡(W−UV)=ln⁡2(TU-V)^2 \ln(W-UV) = \ln 2. So they are not all independent variables. Roughly speaking, we can treat any three of them as independent variables and solve the given equation for the fourth as a function of the three chosen independent variables.

We are first asked to find ∂U∂T\frac{\partial U}{\partial T}. This implicitly tells to treat TT, VV and WW as independent variables and to view UU as a function U(T,V,W)U(T,V,W) that obeys

(T U(T,V,W)−V)2ln⁡(W−U(T,V,W) V)=ln⁡2(E1)\big(T\, U(T,V,W)-V\big)^2 \ln\big(W-U(T,V,W)\,V\big) = \ln 2 \tag{E1}

for all (T,U,V,W)(T, U, V, W) sufficiently near (1,1,2,4)(1, 1, 2, 4). Differentiating (E1) with respect to TT gives

2(T U(T,V,W)−V)[U(T,V,W)+T ∂U∂T(T,V,W)]ln⁡(W−U(T,V,W) V)−(T U(T,V,W)−V)21W−U(T,V,W) V∂U∂T(T,V,W) V=0\begin{aligned} &2\big(T\, U(T,V,W)-V\big) \left[ U(T,V,W) +T\ \frac{\partial U}{\partial T}(T,V,W)\right] \ln\big(W-U(T,V,W)\,V\big) \\ & -\big(T\, U(T,V,W)-V\big)^2 \frac{1}{W-U(T,V,W)\,V}\frac{\partial U}{\partial T}(T,V,W)\,V = 0 \end{aligned}

In particular, for (T,U,V,W)=(1,1,2,4)(T, U, V, W)=(1, 1, 2, 4),

2((1)(1)−2)[1+(1)∂U∂T(1,2,4)]ln⁡(4−(1)(2))−((1)(1)−2)214−(1)(2)∂U∂T(1,2,4) (2)=0\begin{aligned} &2\big((1)(1)-2\big) \left[ 1 +(1)\frac{\partial U}{\partial T}(1,2,4)\right] \ln\big(4-(1)(2)\big) \\ & -\big((1)(1)-2\big)^2 \frac{1}{4-(1)(2)}\frac{\partial U}{\partial T}(1,2,4)\,(2) = 0 \end{aligned}

This simplifies to

−2[1+∂U∂T(1,2,4)]ln⁡(2)−∂U∂T(1,2,4)=0  ⟹  ∂U∂T(1,2,4)=−2ln⁡(2)1+2ln⁡(2)\begin{aligned} -2\left[ 1 +\frac{\partial U}{\partial T}(1,2,4)\right] \ln(2) -\frac{\partial U}{\partial T}(1,2,4)=0 \implies \frac{\partial U}{\partial T}(1,2,4) = -\frac{2\ln(2)}{1+2\ln(2)} \end{aligned}

We are then asked to find ∂T∂V\frac{\partial T}{\partial V}. This implicitly tells to treat UU, VV and WW as independent variables and to view TT as a function T(U,V,W)T(U,V,W) that obeys

(T(U,V,W) U−V)2ln⁡(W−U V)=ln⁡2(E2)\big(T(U,V,W)\, U-V\big)^2 \ln\big(W-U\,V\big) = \ln 2 \tag{E2}

for all (T,U,V,W)(T, U, V, W) sufficiently near (1,1,2,4)(1, 1, 2, 4). Differentiating (E2) with respect to VV gives

2(T(U,V,W) U−V) [∂T∂V(U,V,W) U−1]ln⁡(W−U V)−(T(U,V,W) U−V)2UW−U V=0\begin{aligned} &2\big(T(U,V,W)\, U-V\big)\ \left[\frac{\partial T}{\partial V}(U,V,W)\ U-1\right] \ln\big(W-U\,V\big) \\ & -\big(T(U,V,W)\, U-V\big)^2 \frac{U}{W-U\,V} = 0 \end{aligned}

In particular, for (T,U,V,W)=(1,1,2,4)(T, U, V, W)=(1, 1, 2, 4),

2((1)(1)−2)[(1)∂T∂V(1,2,4)−1]ln⁡(4−(1)(2))−((1)(1)−2)214−(1)(2)=0\begin{aligned} &2\big((1)(1)-2\big) \left[ (1)\frac{\partial T}{\partial V}(1,2,4)-1\right] \ln\big(4-(1)(2)\big) \\ & -\big((1)(1)-2\big)^2 \frac{1}{4-(1)(2)} = 0 \end{aligned}

This simplifies to

−2[∂T∂V(1,2,4)−1]ln⁡(2)−12=0  ⟹  ∂T∂V(1,2,4)=1−14ln⁡(2)\begin{aligned} -2\left[\frac{\partial T}{\partial V}(1,2,4)-1\right] \ln(2) -\frac{1}{2}=0 \implies \frac{\partial T}{\partial V}(1,2,4) = 1 -\frac{1}{4\ln(2)} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 2.2절 · 4번
# 편도함수계산보통자동 분류
88.CLP-3 · 2.2절 · 8번대학 수준우리말 번역

u=x2+yzu = x^2 + yz, x=ρrcos⁡(θ)x = \rho r \cos(\theta), y=ρrsin⁡(θ)y = \rho r \sin(\theta), z=ρrz = \rho r 라고 하자. 점 (ρ0,r0,θ0)=(2,3,π/2)(\rho_0 , r_0 , \theta_0) = (2, 3, \pi/2) 에서 ∂u∂r\frac{\partial u}{\partial r} 를 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose that u=x2+yzu = x^2 + yz, x=ρrcos⁡(θ)x = \rho r \cos(\theta), y=ρrsin⁡(θ)y = \rho r \sin(\theta) and z=ρrz = \rho r. Find ∂u∂r\frac{\partial u}{\partial r} at the point (ρ0,r0,θ0)=(2,3,π/2)(\rho_0 , r_0 , \theta_0) = (2, 3, \pi/2).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

함수

u(ρ,r,θ)=[ρrcos⁡θ]2+[ρrsin⁡θ]ρr=ρ2r2cos⁡2θ+ρ2r2sin⁡θ\begin{aligned} u(\rho, r,\theta) &= \big[\rho r\cos\theta\big]^2 +\big[\rho r\sin\theta\big] \rho r \\ &=\rho^2 r^2\cos^2\theta +\rho^2 r^2\sin\theta \end{aligned}

이므로

∂u∂r(ρ,r,θ)=2ρ2rcos⁡2θ+2ρ2rsin⁡θ\begin{aligned} \frac{\partial u}{\partial r}(\rho, r,\theta) &=2 \rho^2 r\cos^2\theta +2 \rho^2 r\sin\theta \end{aligned}

이고

∂u∂r(2,3,π/2)=2(22)(3)(0)2+2(22)(3)(1)=24\begin{aligned} \frac{\partial u}{\partial r}(2, 3,\pi/2) &=2 (2^2) (3) (0)^2 +2 (2^2) (3) (1) =24 \end{aligned}

이다.

원본 교재 풀이(영어)

The function

u(ρ,r,θ)=[ρrcos⁡θ]2+[ρrsin⁡θ]ρr=ρ2r2cos⁡2θ+ρ2r2sin⁡θ\begin{aligned} u(\rho, r,\theta) &= \big[\rho r\cos\theta\big]^2 +\big[\rho r\sin\theta\big] \rho r \\ &=\rho^2 r^2\cos^2\theta +\rho^2 r^2\sin\theta \end{aligned}

So

∂u∂r(ρ,r,θ)=2ρ2rcos⁡2θ+2ρ2rsin⁡θ\begin{aligned} \frac{\partial u}{\partial r}(\rho, r,\theta) &=2 \rho^2 r\cos^2\theta +2 \rho^2 r\sin\theta \end{aligned}

and

∂u∂r(2,3,π/2)=2(22)(3)(0)2+2(22)(3)(1)=24\begin{aligned} \frac{\partial u}{\partial r}(2, 3,\pi/2) &=2 (2^2) (3) (0)^2 +2 (2^2) (3) (1) =24 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 2.2절 · 9번
# 편도함수계산보통자동 분류
89.CLP-3 · 2.2절 · 9번대학 수준우리말 번역

미분계수의 정의를 이용하여 다음 함수에 대해 fx(0,0)f_x(0,0) 과 fy(0,0)f_y(0,0) 의 값을 구하세요.

f(x,y)={x2−2y2x−yx≠y 이면0x=y 이면f(x,y)=\begin{cases} \frac{x^2-2y^2}{x-y}&\text{$x\ne y$ 이면}\\ 0&\text{$x=y$ 이면} \end{cases}

영어 원문 보기

Use the definition of the derivative to evaluate fx(0,0)f_x(0,0) and fy(0,0)f_y(0,0) for

f(x,y)={x2−2y2x−yif x≠y0if x=yf(x,y)=\begin{cases} \frac{x^2-2y^2}{x-y}&\text{if $x\ne y$}\\ 0&\text{if $x=y$} \end{cases}

정답·풀이 보기

정의에 의해

fx(x0,y0)=lim⁡Δx→0f(x0+Δx,y0)−f(x0,y0)Δxfy(x0,y0)=lim⁡Δy→0f(x0,y0+Δy)−f(x0,y0)Δyf_x(x_0,y_0)=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{f(x_0+\Delta x,y_0)-f(x_0,y_0)}{\Delta x} \qquad f_y(x_0,y_0)=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{f(x_0,y_0+\Delta y)-f(x_0,y_0)}{\Delta y}

이다. x0=y0=0x_0=y_0=0 을 대입하면

fx(0,0)=lim⁡Δx→0f(Δx,0)−f(0,0)Δx=lim⁡Δx→0f(Δx,0)Δx=lim⁡Δx→0((Δx)2−2×02)/(Δx−0)Δx=lim⁡Δx→01=1fy(0,0)=lim⁡Δy→0f(0,Δy)−f(0,0)Δy=lim⁡Δy→0f(0,Δy)Δy=lim⁡Δy→0(02−2(Δy)2)/(0−Δy)Δy=lim⁡Δy→02=2\begin{aligned} f_x(0,0)&=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{f(\Delta x,0)-f(0,0)}{\Delta x} &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{f(\Delta x,0)}{\Delta x} &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{((\Delta x)^2-2\times0^2)/(\Delta x-0)}{\Delta x} \\ &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}1 =1\\ f_y(0,0)&=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{f(0,\Delta y)-f(0,0)}{\Delta y} &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{f(0,\Delta y)}{\Delta y} &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{(0^2-2(\Delta y)^2)/(0-\Delta y)}{\Delta y} \\ &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}2 =2 \end{aligned}

이다.

원본 교재 풀이(영어)

By definition

fx(x0,y0)=lim⁡Δx→0f(x0+Δx,y0)−f(x0,y0)Δxfy(x0,y0)=lim⁡Δy→0f(x0,y0+Δy)−f(x0,y0)Δyf_x(x_0,y_0)=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{f(x_0+\Delta x,y_0)-f(x_0,y_0)}{\Delta x} \qquad f_y(x_0,y_0)=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{f(x_0,y_0+\Delta y)-f(x_0,y_0)}{\Delta y}

Setting x0=y0=0x_0=y_0=0,

fx(0,0)=lim⁡Δx→0f(Δx,0)−f(0,0)Δx=lim⁡Δx→0f(Δx,0)Δx=lim⁡Δx→0((Δx)2−2×02)/(Δx−0)Δx=lim⁡Δx→01=1fy(0,0)=lim⁡Δy→0f(0,Δy)−f(0,0)Δy=lim⁡Δy→0f(0,Δy)Δy=lim⁡Δy→0(02−2(Δy)2)/(0−Δy)Δy=lim⁡Δy→02=2\begin{aligned} f_x(0,0)&=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{f(\Delta x,0)-f(0,0)}{\Delta x} &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{f(\Delta x,0)}{\Delta x} &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{((\Delta x)^2-2\times0^2)/(\Delta x-0)}{\Delta x} \\ &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}1 =1\\ f_y(0,0)&=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{f(0,\Delta y)-f(0,0)}{\Delta y} &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{f(0,\Delta y)}{\Delta y} &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{(0^2-2(\Delta y)^2)/(0-\Delta y)}{\Delta y} \\ &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}2 =2 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 2.2절 · 2번
# 편도함수계산보통자동 분류
90.CLP-3 · 2.2절 · 10번대학 수준우리말 번역

ff 를 일변수 미분가능한 임의의 함수라 하자. z(x,y)=f(x2+y2)z(x,y)=f(x^2+y^2) 으로 정의할 때, 등식

y∂z∂x(x,y)−x∂z∂y(x,y)=0y\frac{\partial z}{\partial x}(x,y)-x\frac{\partial z}{\partial y}(x,y) = 0

은 반드시 성립하는지 판단하세요.

영어 원문 보기

Let ff be any differentiable function of one variable. Define z(x,y)=f(x2+y2)z(x,y)=f(x^2+y^2). Is the equation

y∂z∂x(x,y)−x∂z∂y(x,y)=0y\frac{\partial z}{\partial x}(x,y)-x\frac{\partial z}{\partial y}(x,y) = 0

necessarily satisfied?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

z(x,y)=f(x2+y2)z(x,y)=f(x^2+y^2) 이므로

∂z∂x(x,y)=2xf′(x2+y2)∂z∂y(x,y)=2yf′(x2+y2)\begin{aligned} \frac{\partial z}{\partial x}(x,y)&=2xf'(x^2+y^2) \\ \frac{\partial z}{\partial y}(x,y)&=2yf'(x^2+y^2) \end{aligned}

이다. 이는 (일반적인 일변수) 합성함수의 미분법에 의한 것이다. 따라서

y∂z∂x−x∂z∂y=y(2x)f′(x2+y2)−x(2y)f′(x2+y2)=0y\frac{\partial z}{\partial x}-x\frac{\partial z}{\partial y} =y(2x)f'(x^2+y^2)-x(2y)f'(x^2+y^2)=0

이고, ff 가 미분가능하여 연쇄 법칙을 적용할 수 있다고 하면 이 미분방정식은 항상 성립한다.

원본 교재 풀이(영어)

As z(x,y)=f(x2+y2)z(x,y)=f(x^2+y^2)

∂z∂x(x,y)=2xf′(x2+y2)∂z∂y(x,y)=2yf′(x2+y2)\begin{aligned} \frac{\partial z}{\partial x}(x,y)&=2xf'(x^2+y^2) \\ \frac{\partial z}{\partial y}(x,y)&=2yf'(x^2+y^2) \end{aligned}

by the (ordinary single variable) chain rule. So

y∂z∂x−x∂z∂y=y(2x)f′(x2+y2)−x(2y)f′(x2+y2)=0y\frac{\partial z}{\partial x}-x\frac{\partial z}{\partial y} =y(2x)f'(x^2+y^2)-x(2y)f'(x^2+y^2)=0

and the differential equation is always satisfied, assuming that ff is differentiable, so that the chain rule applies.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 2.2절 · 12번
# 편도함수계산도전자동 분류
91.CLP-3 · 2.2절 · 11번대학 수준우리말 번역

함수

f(x,y)={(x+2y)2x+yx+y≠0 이면0x+y=0 이면f(x,y)=\begin{cases}\frac{(x+2y)^2}{x+y}& \text{$x+y\ne 0$ 이면} \\ 0 &\text{$x+y=0$ 이면} \end{cases}

를 정의하자.

(a) 가능하면 ∂f∂x(0,0)\frac{\partial f}{\partial x}(0,0) 과 ∂f∂y(0,0)\frac{\partial f}{\partial y}(0,0) 의 값을 구하세요. (b) f(x,y)f(x,y) 는 (0,0)(0,0) 에서 연속인지 판단하세요.

영어 원문 보기

Define the function

f(x,y)={(x+2y)2x+yif x+y≠00if x+y=0f(x,y)=\begin{cases}\frac{(x+2y)^2}{x+y}& \text{if $x+y\ne 0$} \\ 0 &\text{if $x+y=0$} \end{cases}

(a) Evaluate, if possible, ∂f∂x(0,0)\frac{\partial f}{\partial x}(0,0) and ∂f∂y(0,0)\frac{\partial f}{\partial y}(0,0). (b) Is f(x,y)f(x,y) continuous at (0,0)(0,0)?

정답·풀이 보기

정의에 의해

∂f∂x(0,0)=lim⁡Δx→0f(Δx,0)−f(0,0)Δx=lim⁡Δx→0(Δx+2×0)2Δx+0−0Δx=lim⁡Δx→0ΔxΔx=1\begin{aligned} \frac{\partial f}{\partial x}(0,0) &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{f(\Delta x,0)-f(0,0)}{\Delta x} \\ &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{\frac{(\Delta x+2\times 0)^2}{\Delta x+0}-0}{\Delta x} \\ &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{\Delta x}{\Delta x} \\ &=1 \end{aligned}

이고

∂f∂y(0,0)=lim⁡Δy→0f(0,Δy)−f(0,0)Δy=lim⁡Δy→0(0+2Δy)20+Δy−0Δy=lim⁡Δy→04ΔyΔy=4\begin{aligned} \frac{\partial f}{\partial y}(0,0) &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{f(0,\Delta y)-f(0,0)}{\Delta y} \\ &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{\frac{(0+2\Delta y)^2}{0+\Delta y}-0}{\Delta y} \\ &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{4\Delta y}{\Delta y} \\ &=4 \end{aligned}

이다.

(b) f(x,y)f(x,y) 는 (0,0)(0,0) 에서 두 편도함수가 모두 존재하지만 연속이 아니다. 이를 확인하기 위해 좌표를 (x,y)(x,y) 에서 (X,y)(X,y) 로 바꾸되 X=x+yX=x+y (분모)로 둔다. 물론 (x,y)→(0,0)(x,y)\rightarrow (0,0) 인 것과 (X,y)→(0,0)(X,y)\rightarrow (0,0) 인 것은 동치이다. 이제 XX 가 yy 보다 훨씬 작은 상태로 (X,y)→(0,0)(X,y)\rightarrow(0,0) 일 때 어떻게 되는지 보자. 예를 들어 X=ay2X=ay^2 이면

(x+2y)2x+y=(X+y)2X=(ay2+y)2ay2=(1+ay)2a→1a\begin{aligned} \frac{(x+2y)^2}{x+y}=\frac{(X+y)^2}{X}=\frac{(ay^2+y)^2}{ay^2} =\frac{(1+ay)^2}{a}\rightarrow\frac{1}{a} \end{aligned}

이다. 이 값은 aa 에 따라 달라진다. 따라서 서로 다른 경로를 따라 (0,0)(0,0) 에 접근하면 극한이 서로 다르다. (좌표를 바꾸지 않고도 x=−y+ay2x=-y+ay^2 으로 놓고 (x,y)→(0,0)(x,y)\rightarrow (0,0) 으로 보내면 같은 현상을 볼 수 있다.) 더 극단적으로, X=y3X=y^3 으로 놓고 (X,y)→(0,0)(X,y)\rightarrow(0,0) 일 때를 보면

(x+2y)2x+y=(X+y)2X=(y3+y)2y3=(1+y2)2y→±∞\frac{(x+2y)^2}{x+y}=\frac{(X+y)^2}{X}=\frac{(y^3+y)^2}{y^3} =\frac{{(1+y^2)}^2}{y}\rightarrow\pm\infty

이다.

원본 교재 풀이(영어)

By definition

∂f∂x(0,0)=lim⁡Δx→0f(Δx,0)−f(0,0)Δx=lim⁡Δx→0(Δx+2×0)2Δx+0−0Δx=lim⁡Δx→0ΔxΔx=1\begin{aligned} \frac{\partial f}{\partial x}(0,0) &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{f(\Delta x,0)-f(0,0)}{\Delta x} \\ &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{\frac{(\Delta x+2\times 0)^2}{\Delta x+0}-0}{\Delta x} \\ &=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}\frac{\Delta x}{\Delta x} \\ &=1 \end{aligned}

and

∂f∂y(0,0)=lim⁡Δy→0f(0,Δy)−f(0,0)Δy=lim⁡Δy→0(0+2Δy)20+Δy−0Δy=lim⁡Δy→04ΔyΔy=4\begin{aligned} \frac{\partial f}{\partial y}(0,0) &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{f(0,\Delta y)-f(0,0)}{\Delta y} \\ &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{\frac{(0+2\Delta y)^2}{0+\Delta y}-0}{\Delta y} \\ &=\lim_{\Delta y\rightarrow 0}\frac{4\Delta y}{\Delta y} \\ &=4 \end{aligned}

(b) f(x,y)f(x,y) is not continuous at (0,0)(0,0), even though both partial derivatives exist there. To see this, make a change of coordinates from (x,y)(x,y) to (X,y)(X,y) with X=x+yX=x+y (the denominator). Of course, (x,y)→(0,0)(x,y)\rightarrow (0,0) if and only if (X,y)→(0,0)(X,y)\rightarrow (0,0). Now watch what happens when (X,y)→(0,0)(X,y)\rightarrow(0,0) with XX a lot smaller than yy. For example, X=ay2X=ay^2. Then

(x+2y)2x+y=(X+y)2X=(ay2+y)2ay2=(1+ay)2a→1a\begin{aligned} \frac{(x+2y)^2}{x+y}=\frac{(X+y)^2}{X}=\frac{(ay^2+y)^2}{ay^2} =\frac{(1+ay)^2}{a}\rightarrow\frac{1}{a} \end{aligned}

This depends on aa. So approaching (0,0)(0,0) along different paths gives different limits. (You can see the same effect without changing coordinates by sending (x,y)→(0,0)(x,y)\rightarrow (0,0) with x=−y+ay2x=-y+ay^2.) Even more dramatically, watch what happens when (X,y)→(0,0)(X,y)\rightarrow(0,0) with X=y3X=y^3. Then

(x+2y)2x+y=(X+y)2X=(y3+y)2y3=(1+y2)2y→±∞\frac{(x+2y)^2}{x+y}=\frac{(X+y)^2}{X}=\frac{(y^3+y)^2}{y^3} =\frac{{(1+y^2)}^2}{y}\rightarrow\pm\infty

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 2.2절 · 10번
# 편도함수계산도전자동 분류
92.CLP-3 · 2.3절 · 2번대학 수준우리말 번역

가능하다면, fx(x,y)=eyf_x(x,y)=e^y 이고 fy(x,y)=exf_y(x,y)=e^x 인 함수 f(x,y)f(x,y) 를 구하세요.

영어 원문 보기

Find, if possible, a function f(x,y)f(x,y) for which fx(x,y)=eyf_x(x,y)=e^y and fy(x,y)=exf_y(x,y)=e^x.

정답·풀이 보기

그러한 f(x,y)f(x,y) 는 존재하지 않는다. 만약 존재한다면 fxy(x,y)=fyx(x,y)f_{xy}(x,y)=f_{yx}(x,y) 이어야 하기 때문이다. 그런데

fxy(x,y)=∂∂yfx(x,y)=∂∂yey=eyfyx(x,y)=∂∂xfy(x,y)=∂∂xex=ex\begin{aligned} f_{xy}(x,y)&=\frac{\partial }{\partial y}f_x(x,y)=\frac{\partial }{\partial y}e^y=e^y \\ f_{yx}(x,y)&=\frac{\partial }{\partial x}f_y(x,y)=\frac{\partial }{\partial x}e^x=e^x \end{aligned}

이므로 두 값은 서로 같지 않다.

원본 교재 풀이(영어)

No such f(x,y)f(x,y) exists, because if it were to exist, then we would have that fxy(x,y)=fyx(x,y)f_{xy}(x,y)=f_{yx}(x,y). But

fxy(x,y)=∂∂yfx(x,y)=∂∂yey=eyfyx(x,y)=∂∂xfy(x,y)=∂∂xex=ex\begin{aligned} f_{xy}(x,y)&=\frac{\partial }{\partial y}f_x(x,y)=\frac{\partial }{\partial y}e^y=e^y \\ f_{yx}(x,y)&=\frac{\partial }{\partial x}f_y(x,y)=\frac{\partial }{\partial x}e^x=e^x \end{aligned}

are not equal.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 4.3절 · 4번
# 편도함수계산기본자동 분류
93.CLP-3 · 2.3절 · 3번대학 수준우리말 번역

주어진 편도함수를 구하세요.

(a) f(x,y)=x2y3f(x,y) = x^2y^3; fxx(x,y)f_{xx}(x,y), fxyy(x,y)f_{xyy}(x,y), fyxy(x,y)f_{yxy}(x,y) (b) f(x,y)=exy2f(x,y) = e^{xy^2}; fxx(x,y)f_{xx}(x,y), fxy(x,y)f_{xy}(x,y), fxxy(x,y)f_{xxy}(x,y), fxyy(x,y)f_{xyy}(x,y) (c) f(u,v,w)=1u+2v+3w \displaystyle f(u,v,w) = \frac{1}{u+2v+3w}\ , ∂3f∂u∂v∂w(u,v,w) \displaystyle \frac{\partial^3 f}{\partial u\partial v\partial w}(u,v,w)\ , ∂3f∂u∂v∂w(3,2,1)\displaystyle \frac{\partial^3 f}{\partial u\partial v\partial w}(3,2,1)

영어 원문 보기

Find the specified partial derivatives.

(a) f(x,y)=x2y3f(x,y) = x^2y^3; fxx(x,y)f_{xx}(x,y), fxyy(x,y)f_{xyy}(x,y), fyxy(x,y)f_{yxy}(x,y) (b) f(x,y)=exy2f(x,y) = e^{xy^2}; fxx(x,y)f_{xx}(x,y), fxy(x,y)f_{xy}(x,y), fxxy(x,y)f_{xxy}(x,y), fxyy(x,y)f_{xyy}(x,y) (c) f(u,v,w)=1u+2v+3w \displaystyle f(u,v,w) = \frac{1}{u+2v+3w}\ , ∂3f∂u∂v∂w(u,v,w) \displaystyle \frac{\partial^3 f}{\partial u\partial v\partial w}(u,v,w)\ , ∂3f∂u∂v∂w(3,2,1)\displaystyle \frac{\partial^3 f}{\partial u\partial v\partial w}(3,2,1)

정답·풀이 보기

(a) 다음과 같다.

fx(x,y)=2xy3fxx(x,y)=2y3fxy(x,y)=6xy2fyxy(x,y)=fxyy(x,y)=12xy\begin{aligned} f_x(x,y) &= 2xy^3 & f_{xx}(x,y) &= 2y^3 \\ & & f_{xy}(x,y) &= 6xy^2 & f_{yxy}(x,y) = f_{xyy}(x,y) &= 12xy \end{aligned}

(b) 다음과 같다.

fx(x,y)=y2exy2fxx(x,y)=y4exy2fxxy(x,y)=4y3exy2+2xy5exy2fxy(x,y)=2yexy2+2xy3exy2fxyy(x,y)=(2+4xy2+6xy2+4x2y4)exy2=(2+10xy2+4x2y4)exy2\begin{aligned} f_x(x,y) &= y^2e^{xy^2} & f_{xx}(x,y) &= y^4e^{xy^2} & f_{xxy}(x,y) &= 4y^3e^{xy^2} + 2xy^5e^{xy^2} \\ & & f_{xy}(x,y) &= 2ye^{xy^2}+2xy^3e^{xy^2} & f_{xyy}(x,y) &= \big(2+4xy^2+6xy^2+4x^2y^4\big)e^{xy^2}\\ & & & & &= \big(2+10xy^2+4x^2y^4\big)e^{xy^2} \end{aligned}

(c) 다음과 같다.

∂f∂u(u,v,w)=−1(u+2v+3w)2∂2f∂u ∂v(u,v,w)=4(u+2v+3w)3∂3f∂u ∂v ∂w(u,v,w)=−36(u+2v+3w)4\begin{aligned} \frac{\partial f}{\partial u}(u,v,w) &= -\frac{1}{(u+2v+3w)^2} \\ \frac{\partial^2 f}{\partial u\,\partial v}(u,v,w) &= \frac{4}{(u+2v+3w)^3} \\ \frac{\partial^3 f}{\partial u\,\partial v\,\partial w}(u,v,w) &= -\frac{36}{(u+2v+3w)^4} \end{aligned}

특히

∂3f∂u ∂v ∂w(3,2,1)=−36(3+2×2+3×1)4=−36104=−92500\begin{aligned} \frac{\partial^3 f}{\partial u\,\partial v\,\partial w}(3,2,1) &= -\frac{36}{(3+2\times 2+3\times 1)^4} = -\frac{36}{10^4} = -\frac{9}{2500} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

(a) We have

fx(x,y)=2xy3fxx(x,y)=2y3fxy(x,y)=6xy2fyxy(x,y)=fxyy(x,y)=12xy\begin{aligned} f_x(x,y) &= 2xy^3 & f_{xx}(x,y) &= 2y^3 \\ & & f_{xy}(x,y) &= 6xy^2 & f_{yxy}(x,y) = f_{xyy}(x,y) &= 12xy \end{aligned}

(b) We have

fx(x,y)=y2exy2fxx(x,y)=y4exy2fxxy(x,y)=4y3exy2+2xy5exy2fxy(x,y)=2yexy2+2xy3exy2fxyy(x,y)=(2+4xy2+6xy2+4x2y4)exy2=(2+10xy2+4x2y4)exy2\begin{aligned} f_x(x,y) &= y^2e^{xy^2} & f_{xx}(x,y) &= y^4e^{xy^2} & f_{xxy}(x,y) &= 4y^3e^{xy^2} + 2xy^5e^{xy^2} \\ & & f_{xy}(x,y) &= 2ye^{xy^2}+2xy^3e^{xy^2} & f_{xyy}(x,y) &= \big(2+4xy^2+6xy^2+4x^2y^4\big)e^{xy^2}\\ & & & & &= \big(2+10xy^2+4x^2y^4\big)e^{xy^2} \end{aligned}

(c) We have

∂f∂u(u,v,w)=−1(u+2v+3w)2∂2f∂u ∂v(u,v,w)=4(u+2v+3w)3∂3f∂u ∂v ∂w(u,v,w)=−36(u+2v+3w)4\begin{aligned} \frac{\partial f}{\partial u}(u,v,w) &= -\frac{1}{(u+2v+3w)^2} \\ \frac{\partial^2 f}{\partial u\,\partial v}(u,v,w) &= \frac{4}{(u+2v+3w)^3} \\ \frac{\partial^3 f}{\partial u\,\partial v\,\partial w}(u,v,w) &= -\frac{36}{(u+2v+3w)^4} \end{aligned}

In particular

∂3f∂u ∂v ∂w(3,2,1)=−36(3+2×2+3×1)4=−36104=−92500\begin{aligned} \frac{\partial^3 f}{\partial u\,\partial v\,\partial w}(3,2,1) &= -\frac{36}{(3+2\times 2+3\times 1)^4} = -\frac{36}{10^4} = -\frac{9}{2500} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 4.3절 · 18번
# 편도함수계산보통자동 분류
94.CLP-3 · 2.3절 · 5번대학 수준우리말 번역

주어진 편도함수를 구하세요.

(a) f(x,y,z)=arctan⁡(exy)f(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xy}}\big); fxyz(x,y,z)f_{xyz}(x,y,z) (b) f(x,y,z)=arctan⁡(exy)+arctan⁡(exz)+arctan⁡(eyz)f(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xy}}\big) +\arctan\big(e^{\sqrt{xz}}\big) +\arctan\big(e^{\sqrt{yz}}\big); fxyz(x,y,z)f_{xyz}(x,y,z) (c) f(x,y,z)=arctan⁡(exyz)f(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xyz}}\big); fxx(1,0,0)f_{xx}(1,0,0)

영어 원문 보기

Find the specified partial derivatives.

(a) f(x,y,z)=arctan⁡(exy)f(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xy}}\big); fxyz(x,y,z)f_{xyz}(x,y,z) (b) f(x,y,z)=arctan⁡(exy)+arctan⁡(exz)+arctan⁡(eyz)f(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xy}}\big) +\arctan\big(e^{\sqrt{xz}}\big) +\arctan\big(e^{\sqrt{yz}}\big); fxyz(x,y,z)f_{xyz}(x,y,z) (c) f(x,y,z)=arctan⁡(exyz)f(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xyz}}\big); fxx(1,0,0)f_{xx}(1,0,0)

정답·풀이 보기

(a) f(x,y,z)=arctan⁡(exy)f(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xy}}\big) 는 zz 에 무관하므로 fz(x,y,z)=0f_z(x,y,z) = 0 이고, 따라서

fxyz(x,y,z)=fzxy(x,y,z)=0f_{xyz}(x,y,z) =f_{zxy}(x,y,z) =0

이다.

(b) u(x,y,z)=arctan⁡(exy)u(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xy}}\big), v(x,y,z)=arctan⁡(exz)v(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xz}}\big), w(x,y,z)=arctan⁡(eyz)w(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{yz}}\big) 라 하자. 그러면

  • u(x,y,z)=arctan⁡(exy)u(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xy}}\big) 는 zz 에 무관하므로 uz(x,y,z)=0u_z(x,y,z) = 0 이고, 따라서 uxyz(x,y,z)=uzxy(x,y,z)=0 u_{xyz}(x,y,z) =u_{zxy}(x,y,z) =0
  • v(x,y,z)=arctan⁡(exz)v(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xz}}\big) 는 yy 에 무관하므로 vy(x,y,z)=0v_y(x,y,z) = 0 이고, 따라서 vxyz(x,y,z)=vyxz(x,y,z)=0 v_{xyz}(x,y,z) =v_{yxz}(x,y,z) =0
  • w(x,y,z)=arctan⁡(eyz)w(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{yz}}\big) 는 xx 에 무관하므로 wx(x,y,z)=0w_x(x,y,z) = 0 이고, 따라서 wxyz(x,y,z)=0 w_{xyz}(x,y,z) =0

f(x,y,z)=u(x,y,z)+v(x,y,z)+w(x,y,z)f(x,y,z)=u(x,y,z)+v(x,y,z)+w(x,y,z) 이므로

fxyz(x,y,z)=uxyz(x,y,z)+vxyz(x,y,z)+wxyz(x,y,z)=0f_{xyz}(x,y,z)=u_{xyz}(x,y,z)+v_{xyz}(x,y,z)+w_{xyz}(x,y,z)=0

이다.

(c) fxx(x,0,0)f_{xx}(x,0,0) 을 구하는 과정에서 yy 와 zz 는 모두 00 으로 고정된다. 따라서 g(x)=f(x,0,0)g(x) = f(x,0,0) 이라 하면 fxx(x,0,0)=g′′(x)f_{xx}(x,0,0)=g''(x) 이다. 이제

g(x)=f(x,0,0)=arctan⁡(exyz)∣y=z=0=arctan⁡(1)=π4g(x) = f(x,0,0) = \arctan\big(e^{\sqrt{xyz}}\big)\Big|_{y=z=0} =\arctan(1) =\frac{\pi}{4}

이고 이는 모든 xx 에 대해 성립한다. 그러므로 모든 xx 에 대해 g′(x)=0g'(x)=0 이고 g′′(x)=0g''(x)=0 이다. 특히

fxx(1,0,0)=g′′(1)=0f_{xx}(1,0,0) = g''(1) = 0

이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) As f(x,y,z)=arctan⁡(exy)f(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xy}}\big) is independent of zz, we have fz(x,y,z)=0f_z(x,y,z) = 0 and hence

fxyz(x,y,z)=fzxy(x,y,z)=0f_{xyz}(x,y,z) =f_{zxy}(x,y,z) =0

(b) Write u(x,y,z)=arctan⁡(exy)u(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xy}}\big), v(x,y,z)=arctan⁡(exz)v(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xz}}\big) and w(x,y,z)=arctan⁡(eyz)w(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{yz}}\big). Then

  • As u(x,y,z)=arctan⁡(exy)u(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xy}}\big) is independent of zz, we have uz(x,y,z)=0u_z(x,y,z) = 0 and hence uxyz(x,y,z)=uzxy(x,y,z)=0 u_{xyz}(x,y,z) =u_{zxy}(x,y,z) =0
  • As v(x,y,z)=arctan⁡(exz)v(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{xz}}\big) is independent of yy, we have vy(x,y,z)=0v_y(x,y,z) = 0 and hence vxyz(x,y,z)=vyxz(x,y,z)=0 v_{xyz}(x,y,z) =v_{yxz}(x,y,z) =0
  • As w(x,y,z)=arctan⁡(eyz)w(x,y,z) = \arctan\big(e^{\sqrt{yz}}\big) is independent of xx, we have wx(x,y,z)=0w_x(x,y,z) = 0 and hence wxyz(x,y,z)=0 w_{xyz}(x,y,z) =0

As f(x,y,z)=u(x,y,z)+v(x,y,z)+w(x,y,z)f(x,y,z)=u(x,y,z)+v(x,y,z)+w(x,y,z), we have

fxyz(x,y,z)=uxyz(x,y,z)+vxyz(x,y,z)+wxyz(x,y,z)=0f_{xyz}(x,y,z)=u_{xyz}(x,y,z)+v_{xyz}(x,y,z)+w_{xyz}(x,y,z)=0

(c) In the course of evaluating fxx(x,0,0)f_{xx}(x,0,0), both yy and zz are held fixed at 00. Thus, if we set g(x)=f(x,0,0)g(x) = f(x,0,0), then fxx(x,0,0)=g′′(x)f_{xx}(x,0,0)=g''(x). Now

g(x)=f(x,0,0)=arctan⁡(exyz)∣y=z=0=arctan⁡(1)=π4g(x) = f(x,0,0) = \arctan\big(e^{\sqrt{xyz}}\big)\Big|_{y=z=0} =\arctan(1) =\frac{\pi}{4}

for all xx. So g′(x)=0g'(x)=0 and g′′(x)=0g''(x)=0 for all xx. In particular,

fxx(1,0,0)=g′′(1)=0f_{xx}(1,0,0) = g''(1) = 0

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 2.3절 · 4번
# 편도함수계산보통자동 분류