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매개변수와 극좌표 전체 문제

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1문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-4 · 1.8절 · 2번대학 수준우리말 번역

(a) (−2,0)=(rcos⁡θ , rsin⁡θ)(-2,0) = \big(r\cos\theta\,,\,r\sin\theta\big) 를 만족하는 모든 순서쌍 (r,θ)(r,\theta) 를 구하세요.

(b) (1,1)=(rcos⁡θ , rsin⁡θ)(1,1) = \big(r\cos\theta\,,\,r\sin\theta\big) 를 만족하는 모든 순서쌍 (r,θ)(r,\theta) 를 구하세요.

(c) (−1,−1)=(rcos⁡θ , rsin⁡θ)(-1,-1) = \big(r\cos\theta\,,\,r\sin\theta\big) 를 만족하는 모든 순서쌍 (r,θ)(r,\theta) 를 구하세요.

영어 원문 보기

(a) Find all pairs (r,θ)(r,\theta) such that

(−2,0)=(rcos⁡θ , rsin⁡θ)(-2,0) = \big(r\cos\theta\,,\,r\sin\theta\big) (b) Find all pairs (r,θ)(r,\theta) such that

(1,1)=(rcos⁡θ , rsin⁡θ)(1,1) = \big(r\cos\theta\,,\,r\sin\theta\big) (c) Find all pairs (r,θ)(r,\theta) such that

(−1,−1)=(rcos⁡θ , rsin⁡θ)(-1,-1) = \big(r\cos\theta\,,\,r\sin\theta\big)

정답·풀이 보기

점 (rcos⁡θ , rsin⁡θ)\big(r\cos\theta\,,\,r\sin\theta\big) 에서 원점까지의 거리는

r2cos⁡2θ+r2sin⁡2θ=r2=∣r∣\sqrt{r^2\cos^2\theta + r^2\sin^2\theta} =\sqrt{r^2} =|r|

이다. 따라서 rr 은 원점까지의 거리이거나 그 거리에 음의 부호를 붙인 값이다.

(a) (−2,0)(-2,0) 에서 원점까지의 거리는 22 이다. 따라서 r=2r=2 또는 r=−2r=-2 이다.

  • r=2r=2 이면 θ\theta 는 다음을 만족해야 한다.

(−2,0)=(2cos⁡θ , 2sin⁡θ)  ⟺  sin⁡θ=0, cos⁡θ=−1  ⟺  θ=nπ, n 정수 , cos⁡θ=−1  ⟺  θ=nπ, n 홀수인 정수 \begin{aligned} (-2,0) = \big(2\cos\theta\,,\,2\sin\theta\big) &\iff \sin\theta=0,\ \cos\theta=-1 \\ &\iff \theta= n\pi,\ n\text{ 정수 },\ \cos\theta=-1 \\ &\iff \theta= n\pi,\ n\text{ 홀수인 정수 } \end{aligned}

  • r=−2r=-2 이면 θ\theta 는 다음을 만족해야 한다.

(−2,0)=(−2cos⁡θ , −2sin⁡θ)  ⟺  sin⁡θ=0, cos⁡θ=1  ⟺  θ=nπ, n 정수 , cos⁡θ=1  ⟺  θ=nπ, n 짝수인 정수 \begin{aligned} (-2,0) = \big(-2\cos\theta\,,\,-2\sin\theta\big) &\iff \sin\theta=0,\ \cos\theta=1 \\ &\iff \theta= n\pi,\ n\text{ 정수 },\ \cos\theta=1 \\ &\iff \theta= n\pi,\ n\text{ 짝수인 정수 } \end{aligned}

아래 왼쪽 그림에서 파란 반직선은 극좌표가 θ=π\theta=\pi, r>0r>0 인 모든 점의 집합이고, 분홍 반직선은 극좌표가 θ=π\theta=\pi, r<0r<0 인 모든 점의 집합이다. 아래 오른쪽 그림에서 파란 반직선은 극좌표가 θ=0\theta=0, r>0r>0 인 모든 점의 집합이고, 분홍 반직선은 극좌표가 θ=0\theta=0, r<0r<0 인 모든 점의 집합이다.

그림

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(b) (1,1)(1,1) 에서 원점까지의 거리는 2\sqrt{2} 이다. 따라서 r=2r=\sqrt{2} 또는 r=−2r=-\sqrt{2} 이다.

  • r=2r=\sqrt{2} 이면 θ\theta 는 다음을 만족해야 한다.

(1,1)=(2 cos⁡θ , 2 sin⁡θ)  ⟺  sin⁡θ=cos⁡θ=1/2  ⟺  θ=π/4+2nπ, n 정수 \begin{aligned} (1,1) = \big(\sqrt{2}\,\cos\theta\,,\,\sqrt{2}\,\sin\theta\big) &\iff \sin\theta=\cos\theta={1}/{\sqrt{2}} \\ &\iff \theta= {\pi}/{4} + 2n\pi,\ n\text{ 정수 } \end{aligned}

  • r=−2r=-\sqrt{2} 이면 θ\theta 는 다음을 만족해야 한다.

(1,1)=(−2 cos⁡θ , −2 sin⁡θ)  ⟺  sin⁡θ=cos⁡θ=−1/2  ⟺  θ=5π/4+2nπ, n 정수 \begin{aligned} (1,1) = \big(-\sqrt{2}\,\cos\theta\,,\,-\sqrt{2}\,\sin\theta\big) &\iff \sin\theta=\cos\theta=-{1}/{\sqrt{2}} \\ &\iff \theta= {5\pi}/{4} + 2n\pi,\ n\text{ 정수 } \end{aligned}

아래 왼쪽 그림에서 파란 반직선은 극좌표가 θ=π4\theta=\frac{\pi}{4}, r>0r>0 인 모든 점의 집합이고, 분홍 반직선은 극좌표가 θ=π4\theta=\frac{\pi}{4}, r<0r<0 인 모든 점의 집합이다. 아래 오른쪽 그림에서 파란 반직선은 극좌표가 θ=5π4\theta=\frac{5\pi}{4}, r>0r>0 인 모든 점의 집합이고, 분홍 반직선은 극좌표가 θ=5π4\theta=\frac{5\pi}{4}, r<0r<0 인 모든 점의 집합이다.

그림

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(c) (−1,−1)(-1,-1) 에서 원점까지의 거리는 2\sqrt{2} 이다. 따라서 r=2r=\sqrt{2} 또는 r=−2r=-\sqrt{2} 이다.

  • r=2r=\sqrt{2} 이면 θ\theta 는 다음을 만족해야 한다.

(−1,−1)=(2 cos⁡θ , 2 sin⁡θ)  ⟺  sin⁡θ=cos⁡θ=−1/2  ⟺  θ=5π/4+2nπ, n 정수 \begin{aligned} (-1,-1) = \big(\sqrt{2}\,\cos\theta\,,\,\sqrt{2}\,\sin\theta\big) &\iff \sin\theta=\cos\theta=-{1}/{\sqrt{2}} \\ &\iff \theta= {5\pi}/{4} + 2n\pi,\ n\text{ 정수 } \end{aligned}

  • r=−2r=-\sqrt{2} 이면 θ\theta 는 다음을 만족해야 한다.

(−1,−1)=(−2 cos⁡θ , −2 sin⁡θ)  ⟺  sin⁡θ=cos⁡θ=1/2  ⟺  θ=π/4+2nπ, n 정수 \begin{aligned} (-1,-1) = \big(-\sqrt{2}\,\cos\theta\,,\,-\sqrt{2}\,\sin\theta\big) &\iff \sin\theta=\cos\theta={1}/{\sqrt{2}} \\ &\iff \theta= {\pi}/{4} + 2n\pi,\ n\text{ 정수 } \end{aligned}

아래 왼쪽 그림에서 파란 반직선은 극좌표가 θ=5π4\theta=\frac{5\pi}{4}, r>0r>0 인 모든 점의 집합이고, 분홍 반직선은 극좌표가 θ=5π4\theta=\frac{5\pi}{4}, r<0r<0 인 모든 점의 집합이다. 아래 오른쪽 그림에서 파란 반직선은 극좌표가 θ=π4\theta=\frac{\pi}{4}, r>0r>0 인 모든 점의 집합이고, 분홍 반직선은 극좌표가 θ=π4\theta=\frac{\pi}{4}, r<0r<0 인 모든 점의 집합이다.

그림

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원본 교재 풀이(영어)

Note that the distance from the point (rcos⁡θ , rsin⁡θ)\big(r\cos\theta\,,\,r\sin\theta\big) to the origin is

r2cos⁡2θ+r2sin⁡2θ=r2=∣r∣\sqrt{r^2\cos^2\theta + r^2\sin^2\theta} =\sqrt{r^2} =|r|

Thus rr can be either the distance to the origin or minus the distance to the origin.

(a) The distance from (−2,0)(-2,0) to the origin is 22. So either r=2r=2 or r=−2r=-2.

  • If r=2r=2, then θ\theta must obey

(−2,0)=(2cos⁡θ , 2sin⁡θ)  ⟺  sin⁡θ=0, cos⁡θ=−1  ⟺  θ=nπ, n integer , cos⁡θ=−1  ⟺  θ=nπ, n odd integer \begin{aligned} (-2,0) = \big(2\cos\theta\,,\,2\sin\theta\big) &\iff \sin\theta=0,\ \cos\theta=-1 \\ &\iff \theta= n\pi,\ n\text{ integer },\ \cos\theta=-1 \\ &\iff \theta= n\pi,\ n\text{ odd integer } \end{aligned}

  • If r=−2r=-2, then θ\theta must obey

(−2,0)=(−2cos⁡θ , −2sin⁡θ)  ⟺  sin⁡θ=0, cos⁡θ=1  ⟺  θ=nπ, n integer , cos⁡θ=1  ⟺  θ=nπ, n even integer \begin{aligned} (-2,0) = \big(-2\cos\theta\,,\,-2\sin\theta\big) &\iff \sin\theta=0,\ \cos\theta=1 \\ &\iff \theta= n\pi,\ n\text{ integer },\ \cos\theta=1 \\ &\iff \theta= n\pi,\ n\text{ even integer } \end{aligned}

In the figure on the left below, the blue half-line is the set of all points with polar coordinates θ=π\theta=\pi, r>0r>0 and the pink half-line is the set of all points with polar coordinates θ=π\theta=\pi, r<0r<0. In the figure on the right below, the blue half-line is the set of all points with polar coordinates θ=0\theta=0, r>0r>0 and the pink half-line is the set of all points with polar coordinates θ=0\theta=0, r<0r<0.

figure

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(b) The distance from (1,1)(1,1) to the origin is 2\sqrt{2}. So either r=2r=\sqrt{2} or r=−2r=-\sqrt{2}.

  • If r=2r=\sqrt{2}, then θ\theta must obey

(1,1)=(2 cos⁡θ , 2 sin⁡θ)  ⟺  sin⁡θ=cos⁡θ=1/2  ⟺  θ=π/4+2nπ, n integer \begin{aligned} (1,1) = \big(\sqrt{2}\,\cos\theta\,,\,\sqrt{2}\,\sin\theta\big) &\iff \sin\theta=\cos\theta={1}/{\sqrt{2}} \\ &\iff \theta= {\pi}/{4} + 2n\pi,\ n\text{ integer } \end{aligned}

  • If r=−2r=-\sqrt{2}, then θ\theta must obey

(1,1)=(−2 cos⁡θ , −2 sin⁡θ)  ⟺  sin⁡θ=cos⁡θ=−1/2  ⟺  θ=5π/4+2nπ, n integer \begin{aligned} (1,1) = \big(-\sqrt{2}\,\cos\theta\,,\,-\sqrt{2}\,\sin\theta\big) &\iff \sin\theta=\cos\theta=-{1}/{\sqrt{2}} \\ &\iff \theta= {5\pi}/{4} + 2n\pi,\ n\text{ integer } \end{aligned}

In the figure on the left below, the blue half-line is the set of all points with polar coordinates θ=π4\theta=\frac{\pi}{4}, r>0r>0 and the pink half-line is the set of all points with polar coordinates θ=π4\theta=\frac{\pi}{4}, r<0r<0. In the figure on the right below, the blue half-line is the set of all points with polar coordinates θ=5π4\theta=\frac{5\pi}{4}, r>0r>0 and the pink half-line is the set of all points with polar coordinates θ=5π4\theta=\frac{5\pi}{4}, r<0r<0.

figure

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(c) The distance from (−1,−1)(-1,-1) to the origin is 2\sqrt{2}. So either r=2r=\sqrt{2} or r=−2r=-\sqrt{2}.

  • If r=2r=\sqrt{2}, then θ\theta must obey

(−1,−1)=(2 cos⁡θ , 2 sin⁡θ)  ⟺  sin⁡θ=cos⁡θ=−1/2  ⟺  θ=5π/4+2nπ, n integer \begin{aligned} (-1,-1) = \big(\sqrt{2}\,\cos\theta\,,\,\sqrt{2}\,\sin\theta\big) &\iff \sin\theta=\cos\theta=-{1}/{\sqrt{2}} \\ &\iff \theta= {5\pi}/{4} + 2n\pi,\ n\text{ integer } \end{aligned}

  • If r=−2r=-\sqrt{2}, then θ\theta must obey

(−1,−1)=(−2 cos⁡θ , −2 sin⁡θ)  ⟺  sin⁡θ=cos⁡θ=1/2  ⟺  θ=π/4+2nπ, n integer \begin{aligned} (-1,-1) = \big(-\sqrt{2}\,\cos\theta\,,\,-\sqrt{2}\,\sin\theta\big) &\iff \sin\theta=\cos\theta={1}/{\sqrt{2}} \\ &\iff \theta= {\pi}/{4} + 2n\pi,\ n\text{ integer } \end{aligned}

In the figure on the left below, the blue half-line is the set of all points with polar coordinates θ=5π4\theta=\frac{5\pi}{4}, r>0r>0 and the pink half-line is the set of all points with polar coordinates θ=5π4\theta=\frac{5\pi}{4}, r<0r<0. In the figure on the right below, the blue half-line is the set of all points with polar coordinates θ=π4\theta=\frac{\pi}{4}, r>0r>0 and the pink half-line is the set of all points with polar coordinates θ=π4\theta=\frac{\pi}{4}, r<0r<0.

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CLP-4 Vector Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)