문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 매개변수와 극좌표

매개변수와 극좌표 전체 문제

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3문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-4 · 1.8절 · 1번대학 수준우리말 번역

다음 점들을 생각하세요.

(x1,y1)=(3,0)(x2,y2)=(1,1)(x3,y3)=(0,1)(x4,y4)=(−1,1)(x5,y5)=(−2,0)\begin{aligned} (x_1,y_1) &= (3,0) & (x_2,y_2) &= (1,1) & (x_3,y_3) &= (0,1) \\ (x_4,y_4) &= (-1,1) & (x_5,y_5) &= (-2,0) \end{aligned}

1≤i≤51\le i\le 5 인 각 ii 에 대해,

  • xyxy평면에 점 (xi,yi)(x_i,y_i) 를 그리고
  • 점 (xi,yi)(x_i,y_i) 의 극좌표 rir_i 와 θi\theta_i 를 0≤θi<2π0\le\theta_i<2\pi 의 범위에서 구하세요.
영어 원문 보기

Consider the points

(x1,y1)=(3,0)(x2,y2)=(1,1)(x3,y3)=(0,1)(x4,y4)=(−1,1)(x5,y5)=(−2,0)\begin{aligned} (x_1,y_1) &= (3,0) & (x_2,y_2) &= (1,1) & (x_3,y_3) &= (0,1) \\ (x_4,y_4) &= (-1,1) & (x_5,y_5) &= (-2,0) \end{aligned}

For each 1≤i≤51\le i\le 5,

  • sketch, in the xyxy-plane, the point (xi,yi)(x_i,y_i) and
  • find the polar coordinates rir_i and θi\theta_i, with 0≤θi<2π0\le\theta_i<2\pi, for the point (xi,yi)(x_i,y_i).
정답·풀이 보기

아래 왼쪽 그림에는 좌표축 위에 있는 점 (x1,y1)(x_1,y_1), (x3,y3)(x_3,y_3), (x5,y5)(x_5,y_5) 가 있다. 아래 오른쪽 그림에는 좌표축 위에 있지 않은 점 (x2,y2)(x_2,y_2), (x4,y4)(x_4,y_4) 가 있다.

그림

그림

극좌표 rr, θ\theta 와 직교좌표 xx, yy 사이에는 x=rcos⁡θx=r\cos\theta, y=rsin⁡θy=r\sin\theta 인 관계가 있음을 떠올리자. 따라서 r=x2+y2r=\sqrt{x^2+y^2} 이고 tan⁡θ=yx\tan\theta=\frac{y}{x} (x≠0x\ne 0 이라고 가정한다)이며

(x1,y1)=(3,0)  ⟹  r1=3, tan⁡θ1=0  ⟹  θ1=0 (x1,y1) 은 양의 x축 위에 있으므로(x2,y2)=(1,1)  ⟹  r2=2, tan⁡θ2=1  ⟹  θ2=π4 (x2,y2) 는 제1팔분면에 있으므로(x3,y3)=(0,1)  ⟹  r3=1, cos⁡θ3=0  ⟹  θ3=π2 (x3,y3) 은 양의 y축 위에 있으므로(x4,y4)=(−1,1)  ⟹  r4=2, tan⁡θ4=−1  ⟹  θ4=3π4 (x4,y4) 는 제3팔분면에 있으므로(x5,y5)=(−2,0)  ⟹  r5=2, tan⁡θ5=0  ⟹  θ5=π (x5,y5) 는 음의 x축 위에 있으므로\begin{aligned} (x_1,y_1) &= (3,0) &&\implies &r_1=3,\ \tan\theta_1=0 &&\implies \theta_1&=0 \text{ $(x_1,y_1)$ 은 양의 $x$축 위에 있으므로} \\ (x_2,y_2) &= (1,1) &&\implies &r_2=\sqrt{2},\ \tan\theta_2=1 &&\implies \theta_2&=\frac{\pi}{4} \text{ $(x_2,y_2)$ 는 제1팔분면에 있으므로} \\ (x_3,y_3) &= (0,1) &&\implies &r_3=1,\ \cos\theta_3=0 &&\implies \theta_3&=\frac{\pi}{2} \text{ $(x_3,y_3)$ 은 양의 $y$축 위에 있으므로} \\ (x_4,y_4) &= (-1,1) &&\implies &r_4=\sqrt{2},\ \tan\theta_4=-1 &&\implies \theta_4&=\frac{3\pi}{4} \text{ $(x_4,y_4)$ 는 제3팔분면에 있으므로} \\ (x_5,y_5) &= (-2,0) &&\implies &r_5=2,\ \tan\theta_5=0 &&\implies \theta_5&=\pi \text{ $(x_5,y_5)$ 는 음의 $x$축 위에 있으므로} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The left hand sketch below contains the points, (x1,y1)(x_1,y_1), (x3,y3)(x_3,y_3), (x5,y5)(x_5,y_5), that are on the axes. The right hand sketch below contains the points, (x2,y2)(x_2,y_2), (x4,y4)(x_4,y_4), that are not on the axes.

figure

figure

Recall that the polar coordinates rr, θ\theta are related to the cartesian coordinates xx, yy, by x=rcos⁡θx=r\cos\theta, y=rsin⁡θy=r\sin\theta. So r=x2+y2r=\sqrt{x^2+y^2} and tan⁡θ=yx\tan\theta=\frac{y}{x} (assuming that x≠0x\ne 0) and

(x1,y1)=(3,0)  ⟹  r1=3, tan⁡θ1=0  ⟹  θ1=0 as (x1,y1) is on the positive x-axis(x2,y2)=(1,1)  ⟹  r2=2, tan⁡θ2=1  ⟹  θ2=π4 as (x2,y2) is in the first octant(x3,y3)=(0,1)  ⟹  r3=1, cos⁡θ3=0  ⟹  θ3=π2 as (x3,y3) is on the positive y-axis(x4,y4)=(−1,1)  ⟹  r4=2, tan⁡θ4=−1  ⟹  θ4=3π4 as (x4,y4) is in the third octant(x5,y5)=(−2,0)  ⟹  r5=2, tan⁡θ5=0  ⟹  θ5=π as (x5,y5) is on the negative x-axis\begin{aligned} (x_1,y_1) &= (3,0) &&\implies &r_1=3,\ \tan\theta_1=0 &&\implies \theta_1&=0 \text{ as $(x_1,y_1)$ is on the positive $x$-axis} \\ (x_2,y_2) &= (1,1) &&\implies &r_2=\sqrt{2},\ \tan\theta_2=1 &&\implies \theta_2&=\frac{\pi}{4} \text{ as $(x_2,y_2)$ is in the first octant} \\ (x_3,y_3) &= (0,1) &&\implies &r_3=1,\ \cos\theta_3=0 &&\implies \theta_3&=\frac{\pi}{2} \text{ as $(x_3,y_3)$ is on the positive $y$-axis} \\ (x_4,y_4) &= (-1,1) &&\implies &r_4=\sqrt{2},\ \tan\theta_4=-1 &&\implies \theta_4&=\frac{3\pi}{4} \text{ as $(x_4,y_4)$ is in the third octant} \\ (x_5,y_5) &= (-2,0) &&\implies &r_5=2,\ \tan\theta_5=0 &&\implies \theta_5&=\pi \text{ as $(x_5,y_5)$ is on the negative $x$-axis} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-4 · 1.8절 · 2번
# 극좌표와 극방정식의 그래프그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-4 Vector Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
2.CLP-4 · 1.8절 · 3번대학 수준우리말 번역

다음 점들을 생각하세요.

(x1,y1)=(3,0)(x2,y2)=(1,1)(x3,y3)=(0,1)(x4,y4)=(−1,1)(x5,y5)=(−2,0)\begin{aligned} (x_1,y_1) &= (3,0) & (x_2,y_2) &= (1,1) & (x_3,y_3) &= (0,1) \\ (x_4,y_4) &= (-1,1) & (x_5,y_5) &= (-2,0) \end{aligned}

또한 각 각도 θ\theta 에 대해 벡터를 다음과 같이 정의하세요.

e^r(θ)=cos⁡θ ı^+sin⁡θ ȷ^e^θ(θ)=−sin⁡θ ı^+cos⁡θ ȷ^\begin{aligned} \hat{\mathbf{e}}_r(\theta)=\cos\theta\ \hat{\boldsymbol{\imath}} + \sin\theta\ \hat{\boldsymbol{\jmath}}\qquad \hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) = -\sin\theta\ \hat{\boldsymbol{\imath}} + \cos\theta\ \hat{\boldsymbol{\jmath}} \end{aligned}

(a) 각 각 θ\theta 에 대해 벡터 e^r(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta) 와 e^θ(θ)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) 의 길이, 그리고 두 벡터 e^r(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta) 와 e^θ(θ)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) 사이의 각을 구하세요. 외적 e^r(θ)×e^θ(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta)\times\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) 를 계산하세요 (e^r(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta) 와 e^θ(θ)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) 를 k^\hat{\mathbf{k}} 성분이 0인 3차원 벡터로 보세요). (b) 1≤i≤51\le i\le 5 인 각 ii 에 대해, xyxy평면에 점 (xi,yi)(x_i,y_i) 와 벡터 e^r(θi)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta_i), e^θ(θi)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta_i) 를 그리세요. 벡터를 그릴 때에는 벡터 e^r(θi)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta_i) 와 e^θ(θi)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta_i) 의 꼬리를 (xi,yi)(x_i,y_i) 에 두세요.

영어 원문 보기

Consider the points

(x1,y1)=(3,0)(x2,y2)=(1,1)(x3,y3)=(0,1)(x4,y4)=(−1,1)(x5,y5)=(−2,0)\begin{aligned} (x_1,y_1) &= (3,0) & (x_2,y_2) &= (1,1) & (x_3,y_3) &= (0,1) \\ (x_4,y_4) &= (-1,1) & (x_5,y_5) &= (-2,0) \end{aligned}

Also define, for each angle θ\theta, the vectors

e^r(θ)=cos⁡θ ı^+sin⁡θ ȷ^e^θ(θ)=−sin⁡θ ı^+cos⁡θ ȷ^\begin{aligned} \hat{\mathbf{e}}_r(\theta)=\cos\theta\ \hat{\boldsymbol{\imath}} + \sin\theta\ \hat{\boldsymbol{\jmath}}\qquad \hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) = -\sin\theta\ \hat{\boldsymbol{\imath}} + \cos\theta\ \hat{\boldsymbol{\jmath}} \end{aligned}

(a) Determine, for each angle θ\theta, the lengths of the vectors e^r(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta) and e^θ(θ)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) and the angle between the vectors e^r(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta) and e^θ(θ)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta). Compute e^r(θ)×e^θ(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta)\times\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) (viewing e^r(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta) and e^θ(θ)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) as vectors in three dimensions with zero k^\hat{\mathbf{k}} components). (b) For each 1≤i≤51\le i\le 5, sketch, in the xyxy-plane, the point (xi,yi)(x_i,y_i) and the vectors e^r(θi)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta_i) and e^θ(θi)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta_i). In your sketch of the vectors, place the tails of the vectors e^r(θi)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta_i) and e^θ(θi)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta_i) at (xi,yi)(x_i,y_i).

정답·풀이 보기

(a) 길이는 다음과 같다.

∣e^r(θ)∣=cos⁡2θ+sin⁡2θ=1∣e^θ(θ)∣=(−sin⁡θ)2+cos⁡2θ=1\begin{aligned} |\hat{\mathbf{e}}_r(\theta)| &= \sqrt{\cos^2\theta+\sin^2\theta} = 1 \\ |\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta)| &= \sqrt{(-\sin\theta)^2+\cos^2\theta} = 1 \end{aligned}

또한

e^r(θ)⋅e^θ(θ)=(cos⁡θ)(−sin⁡θ)+(sin⁡θ)(cos⁡θ)=0\hat{\mathbf{e}}_r(\theta) \cdot \hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) = (\cos\theta)(-\sin\theta) +(\sin\theta)(\cos\theta)=0

이므로 두 벡터는 수직이고 두 벡터 사이의 각은 π2\frac{\pi}{2} 이다. 외적은 다음과 같다.

e^r(θ)×e^θ(θ)=det⁡[ı^ȷ^k^cos⁡θsin⁡θ0−sin⁡θcos⁡θ0]=k^\begin{aligned} \hat{\mathbf{e}}_r(\theta) \times \hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) &=\det\left[\begin{matrix} \hat{\boldsymbol{\imath}} & \hat{\boldsymbol{\jmath}} & \hat{\mathbf{k}} \\ \cos\theta & \sin\theta & 0 \\ -\sin\theta & \cos\theta & 0 \end{matrix}\right] =\hat{\mathbf{k}} \end{aligned}

(b) x=rcos⁡θx=r\cos\theta, y=rsin⁡θy=r\sin\theta 로 정해지는 θ\theta 에 대해 다음에 주목한다.

  • 벡터 e^r(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta) 는 (0,0)(0,0) 에서 (x,y)(x,y) 로 향하는 벡터와 같은 방향의 단위벡터이다.
  • 벡터 e^θ(θ)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) 는 e^r(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta) 에 수직인 단위벡터이다.
  • e^θ(θ)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) 의 yy성분은 e^r(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta) 의 xx성분과 부호가 같다. e^θ(θ)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) 의 xx성분은 e^r(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta) 의 yy성분과 부호가 반대이다.

다음은 i=1,3,5i =1,3,5 (축 위의 점들)에 대해 (xi,yi)(x_i,y_i), e^r(θi)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta_i), e^θ(θi)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta_i) 를 그린 것이다.

그림

그리고 다음은 (축척을 달리하여) i=2,4i =2,4 (축 위에 있지 않은 점들)에 대해 (xi,yi)(x_i,y_i), e^r(θi)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta_i), e^θ(θi)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta_i) 를 그린 것이다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

(a) The lengths are

∣e^r(θ)∣=cos⁡2θ+sin⁡2θ=1∣e^θ(θ)∣=(−sin⁡θ)2+cos⁡2θ=1\begin{aligned} |\hat{\mathbf{e}}_r(\theta)| &= \sqrt{\cos^2\theta+\sin^2\theta} = 1 \\ |\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta)| &= \sqrt{(-\sin\theta)^2+\cos^2\theta} = 1 \end{aligned}

As

e^r(θ)⋅e^θ(θ)=(cos⁡θ)(−sin⁡θ)+(sin⁡θ)(cos⁡θ)=0\hat{\mathbf{e}}_r(\theta) \cdot \hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) = (\cos\theta)(-\sin\theta) +(\sin\theta)(\cos\theta)=0

the two vectors are perpendicular and the angle between them is π2\frac{\pi}{2}. The cross product is

e^r(θ)×e^θ(θ)=det⁡[ı^ȷ^k^cos⁡θsin⁡θ0−sin⁡θcos⁡θ0]=k^\begin{aligned} \hat{\mathbf{e}}_r(\theta) \times \hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) &=\det\left[\begin{matrix} \hat{\boldsymbol{\imath}} & \hat{\boldsymbol{\jmath}} & \hat{\mathbf{k}} \\ \cos\theta & \sin\theta & 0 \\ -\sin\theta & \cos\theta & 0 \end{matrix}\right] =\hat{\mathbf{k}} \end{aligned}

(b) Note that for θ\theta determined by x=rcos⁡θx=r\cos\theta, y=rsin⁡θy=r\sin\theta,

  • the vector e^r(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta) is a unit vector in the same direction as the vector from (0,0)(0,0) to (x,y)(x,y) and
  • the vector e^θ(θ)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) is a unit vector that is perpendicular to e^r(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta).
  • The yy-component of e^θ(θ)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) has the same sign as the xx-component of e^r(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta). The xx-component of e^θ(θ)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta) has opposite sign to that of the yy-component of e^r(θ)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta).

Here is a sketch of (xi,yi)(x_i,y_i), e^r(θi)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta_i), e^θ(θi)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta_i) for i=1,3,5i =1,3,5 (the points on the axes)

figure

and here is a sketch (to a different scale) of (xi,yi)(x_i,y_i), e^r(θi)\hat{\mathbf{e}}_r(\theta_i), e^θ(θi)\hat{\mathbf{e}}_\theta(\theta_i) for i=2,4i =2,4 (the points off the axes).

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-4 · 1.8절 · 4번
# 극좌표와 극방정식의 그래프그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-4 Vector Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
3.CLP-4 · 1.8절 · 4번대학 수준우리말 번역

다음 방정식을 알맞은 그림과 짝지으세요. 직교좌표는 (x,y)(x, y) 이고 극좌표는 (r,θ)(r, \theta) 입니다.

(A) 그림

(B) 그림

(C) 그림

(D) 그림

(E) 그림

(F) 그림

(a)r=2+sin⁡(4θ)(b)r=1+2sin⁡(4θ)(c)r=1(d)r=2cos⁡(θ), −π2≤θ≤π2(e)r=eθ/10+e−θ/10(f)r=θ\begin{aligned} &\text{(a)}\quad& r&=2+\sin(4\theta) \qquad\qquad & &\text{(b)}\quad& r&=1+2\sin(4\theta)\qquad\qquad & &\text{(c)}\quad& r&=1\\ &\text{(d)}& r&=2\cos(\theta),\ -\tfrac{\pi}{2}\le\theta\le\tfrac{\pi}{2}\qquad\qquad & &\text{(e)}& r&=e^{\theta/10}+e^{-\theta/10}\qquad\qquad & &\text{(f)}& r&=\theta & \end{aligned}

영어 원문 보기

Match the following equations with the corresponding pictures. Cartesian coordinates are (x,y)(x, y) and polar coordinates are (r,θ)(r, \theta).

(A) figure

(B) figure

(C) figure

(D) figure

(E) figure

(F) figure

(a)r=2+sin⁡(4θ)(b)r=1+2sin⁡(4θ)(c)r=1(d)r=2cos⁡(θ), −π2≤θ≤π2(e)r=eθ/10+e−θ/10(f)r=θ\begin{aligned} &\text{(a)}\quad& r&=2+\sin(4\theta) \qquad\qquad & &\text{(b)}\quad& r&=1+2\sin(4\theta)\qquad\qquad & &\text{(c)}\quad& r&=1\\ &\text{(d)}& r&=2\cos(\theta),\ -\tfrac{\pi}{2}\le\theta\le\tfrac{\pi}{2}\qquad\qquad & &\text{(e)}& r&=e^{\theta/10}+e^{-\theta/10}\qquad\qquad & &\text{(f)}& r&=\theta & \end{aligned}

정답·풀이 보기

(a) −1≤sin⁡(4θ)≤1-1\le \sin(4\theta)\le 1 이므로, θ\theta 가 00 에서 2π2\pi 까지 변할 때 좌표 r=2+sin⁡(4θ)r=2+\sin(4\theta) 는 r=1r=1 과 r=3r=3 사이에서 진동한다. 최댓값 r=3r=3 은 sin⁡(4θ)=1\sin(4\theta)=1 일 때, 즉 4θ=π2+2nπ4\theta=\frac{\pi}{2} +2n\pi 일 때, 즉 θ=π8+nπ2\theta=\frac{\pi}{8}+\frac{n\pi}{2} 일 때 얻어진다. 이는 그림 (E)와 일치한다.

(b) −1≤sin⁡(4θ)≤1-1\le \sin(4\theta)\le 1 이므로, 좌표 r=1+2sin⁡(4θ)r=1+2\sin(4\theta) 는 (a)(a) 의 경우와 마찬가지로 sin⁡(4θ)=1\sin(4\theta)=1 일 때, 즉 θ=π8+nπ2\theta=\frac{\pi}{8}+\frac{n\pi}{2} 일 때 최댓값 r=3r=3 을 갖는다. 그러나 이번에는 rr 가 값 00 도 가질 수 있다. 이는 그림 (B)와 일치한다.

(c) r=1r=1 은 θ\theta 와 완전히 무관하다. 곡선 r=1r=1 위의 모든 점은 원점으로부터의 거리가 11 이다. 즉, r=1r=1 은 원점을 중심으로 하고 반지름이 11 인 원이다. 이는 그림 (F)이다.

(d) 이 경우 θ\theta 에는 −π2≤θ≤π2-\frac{\pi}{2}\le\theta\le\frac{\pi}{2} 라는 제한이 있으며, 그림 (C)와 같다. 그림 (C)는 원처럼 보인다. 직교좌표로 바꾸어 r=2cos⁡(θ)r=2\cos(\theta) 가 실제로 원임을 확인할 수 있다. 방정식 전체에 rr 를 곱하면 우변을 정확히 2x=2rcos⁡(θ)2x=2r\cos(\theta) 로 바꿀 수 있다.

r=2cos⁡(θ)  ⟺  r2=2rcos⁡(θ)  ⟺  x2+y2=2x  ⟺  (x−1)2+y2=1\begin{aligned} r=2\cos(\theta) &\iff r^2 =2r\cos(\theta) \iff x^2+y^2=2x \\ &\iff (x-1)^2+y^2=1 \end{aligned}

따라서 r=2cos⁡(θ)r=2\cos(\theta) 는 x=1x=1, y=0y=0 을 중심으로 하고 반지름이 11 인 원이며, 이는 실제로 그림 (C)와 일치한다.

(e) θ=0\theta=0 일 때 r=eθ/10+e−θ/10=2r=e^{\theta/10}+e^{-\theta/10}=2 이다.

ddθ(eθ/10+e−θ/10)=110(eθ/10−e−θ/10)>0모든 θ>0 에 대해\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}\theta}\big(e^{\theta/10}+e^{-\theta/10}\big) =\frac{1}{10}\big(e^{\theta/10}-e^{-\theta/10}\big) >0\qquad\text{모든 }\theta > 0 \text{ 에 대해}

이므로 r=eθ/10+e−θ/10r=e^{\theta/10}+e^{-\theta/10} 는 모든 θ≥0\theta\ge 0 에서 θ\theta 가 증가함에 따라 증가한다. 게다가 θ\theta 가 커질수록 증가율도 점점 더 커진다. 따라서 rr 는 θ=0\theta=0 일 때 r=2r=2 에서 시작하여 θ\theta 가 증가함에 따라 점점 더 빠르게 증가한다. 이는 그림 (A)와 일치한다.

(f) θ=0\theta=0 일 때 r=θ=0r=\theta=0 이다.

ddθθ=1모든 θ 에 대해\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}\theta} \theta =1 \qquad\text{모든 }\theta \text{ 에 대해}

이므로 r=θr=\theta 는 모든 θ≥0\theta\ge 0 에서 θ\theta 가 증가함에 따라 증가한다. 게다가 증가율은 θ\theta 와 무관하다. 따라서 rr 는 θ=0\theta=0 일 때 r=0r=0 에서 시작하여 θ\theta 가 증가함에 따라 일정한 비율로 증가한다. 이는 그림 (D)와 일치한다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since −1≤sin⁡(4θ)≤1-1\le \sin(4\theta)\le 1, the coordinate r=2+sin⁡(4θ)r=2+\sin(4\theta) oscillates between r=1r=1 and r=3r=3 as θ\theta runs from 00 to 2π2\pi. The maximum value r=3r=3 is achieved when sin⁡(4θ)=1\sin(4\theta)=1, i.e when 4θ=π2+2nπ4\theta=\frac{\pi}{2} +2n\pi, i.e. when θ=π8+nπ2\theta=\frac{\pi}{8}+\frac{n\pi}{2}. That matches figure (E).

(b) Since −1≤sin⁡(4θ)≤1-1\le \sin(4\theta)\le 1, the coordinate r=1+2sin⁡(4θ)r=1+2\sin(4\theta) takes its maximum value r=3r=3 when sin⁡(4θ)=1\sin(4\theta)=1, i.e. when θ=π8+nπ2\theta=\frac{\pi}{8}+\frac{n\pi}{2}, just as the case with (a)(a). But now rr can also take the value 00. That matches figure (B).

(c) r=1r=1 is completely indepedent of θ\theta. All points on the curve r=1r=1 are a distance 11 from the origin. That is, r=1r=1 is the circle of radius 11 centred on the origin. That's figure (F).

(d) In this case, θ\theta is subject to the restriction −π2≤θ≤π2-\frac{\pi}{2}\le\theta\le\frac{\pi}{2}, like figure (C). Figure (C) looks like a circle. We can verify that r=2cos⁡(θ)r=2\cos(\theta) is indeed a circle by converting to Cartesian coordinates. We can convert the right hand side to exactly 2x=2rcos⁡(θ)2x=2r\cos(\theta) by multiplying the whole equation by rr.

r=2cos⁡(θ)  ⟺  r2=2rcos⁡(θ)  ⟺  x2+y2=2x  ⟺  (x−1)2+y2=1\begin{aligned} r=2\cos(\theta) &\iff r^2 =2r\cos(\theta) \iff x^2+y^2=2x \\ &\iff (x-1)^2+y^2=1 \end{aligned}

So r=2cos⁡(θ)r=2\cos(\theta) is the circle of radius 11 centred on x=1x=1, y=0y=0, which indeed matches figure (C).

(e) When θ=0\theta=0, r=eθ/10+e−θ/10=2r=e^{\theta/10}+e^{-\theta/10}=2. As

ddθ(eθ/10+e−θ/10)=110(eθ/10−e−θ/10)>0for all θ>0\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}\theta}\big(e^{\theta/10}+e^{-\theta/10}\big) =\frac{1}{10}\big(e^{\theta/10}-e^{-\theta/10}\big) >0\qquad\text{for all }\theta > 0

r=eθ/10+e−θ/10r=e^{\theta/10}+e^{-\theta/10} increases as θ\theta increases for all θ≥0\theta\ge 0. Furthermore the rate of increase gets bigger and bigger as θ\theta gets bigger and bigger. So rr starts at r=2r=2 when θ=0\theta=0 and increases faster and faster as θ\theta increases. That matches figure (A).

(f) When θ=0\theta=0, r=θ=0r=\theta=0. As

ddθθ=1for all θ\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}\theta} \theta =1 \qquad\text{for all }\theta

r=θr=\theta increases as θ\theta increases for all θ≥0\theta\ge 0. Furthermore the rate of increase is independent of θ\theta. So rr starts at r=0r=0 when θ=0\theta=0 and increases at a constant rate as θ\theta increases. That matches figure (D).

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