문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 다변수 미분

접평면과 선형근사

곡면의 접평면·법선, 선형근사와 전미분, 미분가능성을 다룬다

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

1문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-3 · 2.5절 · 7번대학 수준우리말 번역

지정된 점에서 지정된 함수의 그래프에 대한 접평면의 방정식과 법선의 방정식을 구하세요.

(a) f(x,y)=x2−y2f(x,y)=x^2-y^2, 점 (−2,1)(-2,1) (b) f(x,y)=exyf(x,y)=e^{xy}, 점 (2,0)(2,0)

영어 원문 보기

Find the equations of the tangent plane and the normal line to the graph of the specified function at the specified point.

(a) f(x,y)=x2−y2f(x,y)=x^2-y^2 at (−2,1)(-2,1) (b) f(x,y)=exyf(x,y)=e^{xy} at (2,0)(2,0)

정답·풀이 보기

(a) 주어진 그래프는 z=f(x,y)=x2−y2z=f(x,y)=x^2-y^2 또는 F(x,y,z)=x2−y2−z=0F(x,y,z)=x^2-y^2-z=0 이다. f(−2,1)=3f(-2,1)=3 임을 알 수 있다. 벡터

∇F(−2,1,3)=<Fx(x,y,z),Fy(x,y,z),Fz(x,y,z)>∣(x,y,z)=(−2,1,3)=<2x,−2y,−1>∣(x,y,z)=(−2,1,3)=<−4,−2,−1>\begin{aligned} { \boldsymbol{\nabla} } F(-2,1,3) &= \left< F_x(x,y,z),F_y(x,y,z),F_z(x,y,z)\right>\Big|_{(x,y,z)=(-2,1,3)} \\ &= \left< 2x,-2y,-1\right>\Big|_{(x,y,z)=(-2,1,3)} \\ &= \left< -4,-2,-1\right> \end{aligned}

는 (−2,1,3)(-2,1,3) 에서 그래프의 법선 벡터이다. 따라서 접평면은

−4(x+2)−2(y−1)−(z−3)=0 또는 4x+2y+z=−3-4(x+2)-2(y-1)-(z-3)=0\text{ 또는 } 4x+2y+z=-3

이고, 법선은

<x,y,z>=<−2,1,3>+t<4,2,1>\left< x,y,z\right>=\left< -2,1,3\right>+t\left< 4,2,1\right>

이다.

(b) 주어진 그래프는 z=f(x,y)=exyz=f(x,y)=e^{xy} 또는 F(x,y,z)=exy−z=0F(x,y,z)=e^{xy}-z=0 이다. f(2,0)=1f(2,0)=1 임을 알 수 있다. 벡터

∇F(2,0,1)=<Fx(x,y,z),Fy(x,y,z),Fz(x,y,z)>∣(x,y,z)=(2,0,1)=<yexy,xexy,−1>∣(x,y,z)=(2,0,1)=<0,2,−1>\begin{aligned} { \boldsymbol{\nabla} } F(2,0,1) &= \left< F_x(x,y,z),F_y(x,y,z),F_z(x,y,z)\right>\Big|_{(x,y,z)=(2,0,1)} \\ &= \left< ye^{xy},xe^{xy},-1\right>\Big|_{(x,y,z)=(2,0,1)} \\ &= \left< 0,2,-1\right> \end{aligned}

는 (2,0,1)(2,0,1) 에서 그래프의 법선 벡터이다. 따라서 접평면은

0(x−2)+2(y−0)−(z−1)=0 또는 2y−z=−10(x-2)+2(y-0)-(z-1)=0\text{ 또는 } 2y-z=-1

이고, 법선은

<x,y,z>=<2,0,1>+t<0,2,−1>\left< x,y,z\right>=\left< 2,0,1\right>+t\left< 0,2,-1\right>

이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) The specified graph is z=f(x,y)=x2−y2z=f(x,y)=x^2-y^2 or F(x,y,z)=x2−y2−z=0F(x,y,z)=x^2-y^2-z=0. Observe that f(−2,1)=3f(-2,1)=3. The vector

∇F(−2,1,3)=<Fx(x,y,z),Fy(x,y,z),Fz(x,y,z)>∣(x,y,z)=(−2,1,3)=<2x,−2y,−1>∣(x,y,z)=(−2,1,3)=<−4,−2,−1>\begin{aligned} { \boldsymbol{\nabla} } F(-2,1,3) &= \left< F_x(x,y,z),F_y(x,y,z),F_z(x,y,z)\right>\Big|_{(x,y,z)=(-2,1,3)} \\ &= \left< 2x,-2y,-1\right>\Big|_{(x,y,z)=(-2,1,3)} \\ &= \left< -4,-2,-1\right> \end{aligned}

is a normal vector to the graph at (−2,1,3)(-2,1,3). So the tangent plane is

−4(x+2)−2(y−1)−(z−3)=0 or 4x+2y+z=−3-4(x+2)-2(y-1)-(z-3)=0\text{ or } 4x+2y+z=-3

and the normal line is

<x,y,z>=<−2,1,3>+t<4,2,1>\left< x,y,z\right>=\left< -2,1,3\right>+t\left< 4,2,1\right>

(b) The specified graph is z=f(x,y)=exyz=f(x,y)=e^{xy} or F(x,y,z)=exy−z=0F(x,y,z)=e^{xy}-z=0. Observe that f(2,0)=1f(2,0)=1. The vector

∇F(2,0,1)=<Fx(x,y,z),Fy(x,y,z),Fz(x,y,z)>∣(x,y,z)=(2,0,1)=<yexy,xexy,−1>∣(x,y,z)=(2,0,1)=<0,2,−1>\begin{aligned} { \boldsymbol{\nabla} } F(2,0,1) &= \left< F_x(x,y,z),F_y(x,y,z),F_z(x,y,z)\right>\Big|_{(x,y,z)=(2,0,1)} \\ &= \left< ye^{xy},xe^{xy},-1\right>\Big|_{(x,y,z)=(2,0,1)} \\ &= \left< 0,2,-1\right> \end{aligned}

is a normal vector to the graph at (2,0,1)(2,0,1). So the tangent plane is

0(x−2)+2(y−0)−(z−1)=0 or 2y−z=−10(x-2)+2(y-0)-(z-1)=0\text{ or } 2y-z=-1

and the normal line is

<x,y,z>=<2,0,1>+t<0,2,−1>\left< x,y,z\right>=\left< 2,0,1\right>+t\left< 0,2,-1\right>

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