F(x,y,z)=x2+y2+(z−1)2−1, G(x,y,z)=x2+y2+(z+1)2−1 이라 하자.
곡면 F(x,y,z)=0 을 S1, 곡면 G(x,y,z)=0 을 S2 라 하자.
먼저 F(0,0,0)=G(0,0,0)=0 이므로 점 (0,0,0) 은 S1 과 S2 위에 모두 있다. F 와 G 의 그래디언트는 다음과 같다.
∇F(x,y,z)∇G(x,y,z)=⟨∂x∂F(x,y,z),∂y∂F(x,y,z),∂z∂F(x,y,z)⟩=⟨2x,2y,2(z−1)⟩=⟨∂x∂G(x,y,z),∂y∂G(x,y,z),∂z∂G(x,y,z)⟩=⟨2x,2y,2(z+1)⟩
특히,
∇F(0,0,0)=⟨0,0,−2⟩∇G(0,0,0)=⟨0,0,2⟩
이므로 벡터 k^=−21∇F(0,0,0)=21∇G(0,0,0) 은
(0,0,0) 에서 두 곡면에 모두 수직이다. 따라서 (0,0,0) 에서 S1 과 S2 의 접평면은 모두
k^⋅⟨x−0,y−0,z−0⟩=0또는z=0
이다.
평면 z=0 을 P 라 하자.
그러면 S1 은 (0,0,0) 에서 P 에 접하고, P 는 (0,0,0) 에서 S2 에 접한다. 따라서 S1 과 S2 가 (0,0,0) 에서 접한다고 말하는 것은 타당하다.
원본 교재 풀이(영어)
Write F(x,y,z)=x2+y2+(z−1)2−1 and G(x,y,z)=x2+y2+(z+1)2−1.
Let S1 denote the surface F(x,y,z)=0 and S2 denote the surface
G(x,y,z)=0.
First note that F(0,0,0)=G(0,0,0)=0 so that the point (0,0,0) lies
on both S1 and S2. The gradients of F and G are
∇F(x,y,z)∇G(x,y,z)=⟨∂x∂F(x,y,z),∂y∂F(x,y,z),∂z∂F(x,y,z)⟩=⟨2x,2y,2(z−1)⟩=⟨∂x∂G(x,y,z),∂y∂G(x,y,z),∂z∂G(x,y,z)⟩=⟨2x,2y,2(z+1)⟩
In particular,
∇F(0,0,0)=⟨0,0,−2⟩∇G(0,0,0)=⟨0,0,2⟩
so that the vector k^=−21∇F(0,0,0)=21∇G(0,0,0)
is normal to both surfaces at (0,0,0). So the tangent plane to
both S1 and S2 at (0,0,0) is
k^⋅⟨x−0,y−0,z−0⟩=0orz=0
Denote by P the plane z=0.
Thus S1 is tangent to P at (0,0,0) and P is tangent to S2
at (0,0,0). So it is reasonable to say that S1 and S2 are tangent at
(0,0,0).