문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 매개변수와 극좌표

극좌표와 극방정식의 그래프

극좌표와 직교좌표를 바꾸고 장미곡선·카디오이드 같은 극곡선을 그린다

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

121문제 · 6 / 7쪽

101.APEX · 9.4절 · 42번대학 수준우리말 번역

연습문제 41–48에서 직교좌표 방정식을 극방정식으로 바꾸세요.

y=4x+7\displaystyle y=4x+7

영어 원문 보기

In Exercises 41–48, convert the rectangular equation to a polar equation.

y=4x+7\displaystyle y=4x+7

정답·풀이 보기

r=7/(sin⁡θ−4cos⁡θ)r=7/(\sin\theta-4\cos\theta)

원본 교재 풀이(영어)

r=7/(sin⁡θ−4cos⁡θ)r=7/(\sin\theta-4\cos\theta)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 7.3절 · 13번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
102.APEX · 9.4절 · 43번대학 수준우리말 번역

연습문제 41–48에서 직교좌표 방정식을 극방정식으로 바꾸세요.

x=5\displaystyle x=5

영어 원문 보기

In Exercises 41–48, convert the rectangular equation to a polar equation.

x=5\displaystyle x=5

정답·풀이 보기

r=5sec⁡θr=5\sec \theta

원본 교재 풀이(영어)

r=5sec⁡θr=5\sec \theta

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 7.3절 · 61번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
103.APEX · 9.4절 · 44번대학 수준우리말 번역

연습문제 41–48에서 직교좌표 방정식을 극방정식으로 바꾸세요.

y=5\displaystyle y=5

영어 원문 보기

In Exercises 41–48, convert the rectangular equation to a polar equation.

y=5\displaystyle y=5

정답·풀이 보기

r=5csc⁡θr=5\csc \theta

원본 교재 풀이(영어)

r=5csc⁡θr=5\csc \theta

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-4 · 1.8절 · 3번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
104.APEX · 9.4절 · 45번대학 수준우리말 번역

연습문제 41–48에서 직교좌표 방정식을 극방정식으로 바꾸세요.

x=y2\displaystyle x=y^2

영어 원문 보기

In Exercises 41–48, convert the rectangular equation to a polar equation.

x=y2\displaystyle x=y^2

정답·풀이 보기

r=cos⁡θ/sin⁡2θr=\cos\theta/\sin^2\theta

원본 교재 풀이(영어)

r=cos⁡θ/sin⁡2θr=\cos\theta/\sin^2\theta

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 7.3절 · 37번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
105.APEX · 9.4절 · 46번대학 수준우리말 번역

연습문제 41–48에서 직교좌표 방정식을 극방정식으로 바꾸세요.

x2y=1\displaystyle x^2y=1

영어 원문 보기

In Exercises 41–48, convert the rectangular equation to a polar equation.

x2y=1\displaystyle x^2y=1

정답·풀이 보기

r=1/cos⁡2θsin⁡θ3r=1/\sqrt[3]{\cos^2\theta\sin\theta}

원본 교재 풀이(영어)

r=1/cos⁡2θsin⁡θ3r=1/\sqrt[3]{\cos^2\theta\sin\theta}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 7.3절 · 1번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
106.APEX · 9.4절 · 47번대학 수준우리말 번역

연습문제 41–48에서 직교좌표 방정식을 극방정식으로 바꾸세요.

x2+y2=7\displaystyle x^2+y^2=7

영어 원문 보기

In Exercises 41–48, convert the rectangular equation to a polar equation.

x2+y2=7\displaystyle x^2+y^2=7

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

r=7r=\sqrt{7}

원본 교재 풀이(영어)

r=7r=\sqrt{7}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 7.3절 · 19번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
107.APEX · 9.4절 · 48번대학 수준우리말 번역

연습문제 41–48에서 직교좌표 방정식을 극방정식으로 바꾸세요.

(x+1)2+y2=1\displaystyle (x+1)^2+y^2=1

영어 원문 보기

In Exercises 41–48, convert the rectangular equation to a polar equation.

(x+1)2+y2=1\displaystyle (x+1)^2+y^2=1

정답·풀이 보기

r=−2cos⁡θr=-2\cos\theta

원본 교재 풀이(영어)

r=−2cos⁡θr=-2\cos\theta

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 7.3절 · 17번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
108.APEX · 9.4절 · 49번대학 수준우리말 번역

연습문제 49–56에서 극좌표 그래프의 교점을 구하세요.

[0,π][0,\pi] 에서 r=sin⁡(2θ)r=\sin(2\theta) 와 r=cos⁡θr=\cos\theta

영어 원문 보기

In Exercises 49–56, find the points of intersection of the polar graphs.

r=sin⁡(2θ)r=\sin(2\theta) and r=cos⁡θr=\cos\theta on [0,π][0,\pi]

정답·풀이 보기

P(3/2,π/6)P(\sqrt{3}/2,\pi/6), P(0,π/2)P(0,\pi/2), P(−3/2,5π/6)P(-\sqrt{3}/2,5\pi/6)

원본 교재 풀이(영어)

P(3/2,π/6)P(\sqrt{3}/2,\pi/6), P(0,π/2)P(0,\pi/2), P(−3/2,5π/6)P(-\sqrt{3}/2,5\pi/6)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 9.4절 · 3번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
109.APEX · 9.4절 · 50번대학 수준우리말 번역

연습문제 49–56에서 극좌표 그래프의 교점을 구하세요.

[0,π][0,\pi] 에서 r=cos⁡(2θ)r=\cos(2\theta) 와 r=cos⁡θr=\cos\theta

영어 원문 보기

In Exercises 49–56, find the points of intersection of the polar graphs.

r=cos⁡(2θ)r=\cos(2\theta) and r=cos⁡θr=\cos\theta on [0,π][0,\pi]

정답·풀이 보기

P(1,0)P(1,0), P(0,π/2)=P(0,π/4)P(0,\pi/2)=P(0,\pi/4), P(−1/2,2π/3)P(-1/2,2\pi/3)

원본 교재 풀이(영어)

P(1,0)P(1,0), P(0,π/2)=P(0,π/4)P(0,\pi/2)=P(0,\pi/4), P(−1/2,2π/3)P(-1/2,2\pi/3)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 7.3절 · 23번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
110.APEX · 9.4절 · 51번대학 수준우리말 번역

연습문제 49–56에서 극좌표 그래프의 교점을 구하세요.

[0,π][0,\pi] 에서 r=2cos⁡θr=2\cos\theta 와 r=2sin⁡θr=2\sin\theta

영어 원문 보기

In Exercises 49–56, find the points of intersection of the polar graphs.

r=2cos⁡θr=2\cos\theta and r=2sin⁡θr=2\sin\theta on [0,π][0,\pi]

정답·풀이 보기

P(0,0)=P(0,π/2)P(0,0)=P(0,\pi/2), P(2,π/4)P(\sqrt{2},\pi/4)

원본 교재 풀이(영어)

P(0,0)=P(0,π/2)P(0,0)=P(0,\pi/2), P(2,π/4)P(\sqrt{2},\pi/4)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 9.4절 · 58번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
111.APEX · 9.4절 · 52번대학 수준우리말 번역

49–56번 문제에서, 극좌표 그래프의 교점을 구하세요.

구간 [0,2π][0,2\pi] 에서 r=sin⁡θr=\sin\theta 와 r=3+3sin⁡θr=\sqrt{3}+3\sin\theta

영어 원문 보기

In Exercises 49–56, find the points of intersection of the polar graphs.

r=sin⁡θr=\sin\theta and r=3+3sin⁡θr=\sqrt{3}+3\sin\theta on [0,2π][0,2\pi]

정답·풀이 보기

P(3/2,π/3)=P(−3/2,4π/3)P(\sqrt{3}/2,\pi/3)=P(-\sqrt{3}/2,4\pi/3), P(3/2,2π/3)=P(−3/2,5π/3)P(\sqrt{3}/2,2\pi/3)=P(-\sqrt{3}/2,5\pi/3), P(0,π/2)P(0,\pi/2)

원본 교재 풀이(영어)

P(3/2,π/3)=P(−3/2,4π/3)P(\sqrt{3}/2,\pi/3)=P(-\sqrt{3}/2,4\pi/3), P(3/2,2π/3)=P(−3/2,5π/3)P(\sqrt{3}/2,2\pi/3)=P(-\sqrt{3}/2,5\pi/3), P(0,π/2)P(0,\pi/2)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 7.3절 · 19번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
112.APEX · 9.4절 · 53번대학 수준우리말 번역

49–56번 문제에서, 극좌표 그래프의 교점을 구하세요.

구간 [0,π][0,\pi] 에서 r=sin⁡(3θ)r=\sin(3\theta) 와 r=cos⁡(3θ)r=\cos(3\theta)

영어 원문 보기

In Exercises 49–56, find the points of intersection of the polar graphs.

r=sin⁡(3θ)r=\sin(3\theta) and r=cos⁡(3θ)r=\cos(3\theta) on [0,π][0,\pi]

정답·풀이 보기

P(0,0)=P(0,π/6)P(0,0)=P(0,\pi/6), P(2/2,π/12)P(\sqrt{2}/2,\pi/12), P(−2/2,5π/12)P(-\sqrt{2}/2,5\pi/12), P(2/2,3π/4)P(\sqrt{2}/2,3\pi/4)

원본 교재 풀이(영어)

P(0,0)=P(0,π/6)P(0,0)=P(0,\pi/6), P(2/2,π/12)P(\sqrt{2}/2,\pi/12), P(−2/2,5π/12)P(-\sqrt{2}/2,5\pi/12), P(2/2,3π/4)P(\sqrt{2}/2,3\pi/4)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 7.3절 · 1번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
113.APEX · 9.4절 · 54번대학 수준우리말 번역

49–56번 문제에서, 극좌표 그래프의 교점을 구하세요.

구간 [−π,π][-\pi,\pi] 에서 r=3cos⁡θr=3\cos\theta 와 r=1+cos⁡θr=1+\cos\theta

영어 원문 보기

In Exercises 49–56, find the points of intersection of the polar graphs.

r=3cos⁡θr=3\cos\theta and r=1+cos⁡θr=1+\cos\theta on [−π,π][-\pi,\pi]

정답·풀이 보기

P(3/2,π/3)P(3/2,\pi/3), P(3/2,−π/3)P(3/2,-\pi/3)

원본 교재 풀이(영어)

P(3/2,π/3)P(3/2,\pi/3), P(3/2,−π/3)P(3/2,-\pi/3)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 7.3절 · 37번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
114.APEX · 9.4절 · 55번대학 수준우리말 번역

49–56번 문제에서, 극좌표 그래프의 교점을 구하세요.

구간 [0,2π][0,2\pi] 에서 r=1r=1 과 r=2sin⁡(2θ)r=2\sin(2\theta)

영어 원문 보기

In Exercises 49–56, find the points of intersection of the polar graphs.

r=1r=1 and r=2sin⁡(2θ)r=2\sin(2\theta) on [0,2π][0,2\pi]

정답·풀이 보기

모든 점에서 r=1r=1 이고, θ=π/12, 5π/12, 7π/12, 11π/12, 13π/12, 17π/12, 19π/12, 23π/12\theta = \pi/12,\ 5\pi/12,\ 7\pi/12,\ 11\pi/12,\ 13\pi/12,\ 17\pi/12,\ 19\pi/12,\ 23\pi/12 이다.

원본 교재 풀이(영어)

For all points, r=1r=1; θ=π/12, 5π/12, 7π/12, 11π/12, 13π/12, 17π/12, 19π/12, 23π/12\theta = \pi/12,\ 5\pi/12,\ 7\pi/12,\ 11\pi/12,\ 13\pi/12,\ 17\pi/12,\ 19\pi/12,\ 23\pi/12.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-4 · 1.8절 · 3번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
115.APEX · 9.4절 · 56번대학 수준우리말 번역

49–56번 문제에서, 극좌표 그래프의 교점을 구하세요.

구간 [0,2π][0,2\pi] 에서 r=1−cos⁡θr=1-\cos\theta 와 r=1+sin⁡θr=1+\sin\theta

영어 원문 보기

In Exercises 49–56, find the points of intersection of the polar graphs.

r=1−cos⁡θr=1-\cos\theta and r=1+sin⁡θr=1+\sin\theta on [0,2π][0,2\pi]

정답·풀이 보기

P(0,0)=P(0,3π/2)P(0,0)=P(0,3\pi/2), P(1+2/2,3π/4)P(1+\sqrt{2}/2,3\pi/4), P(1−2/2,7π/4)P(1-\sqrt{2}/2,7\pi/4)

원본 교재 풀이(영어)

P(0,0)=P(0,3π/2)P(0,0)=P(0,3\pi/2), P(1+2/2,3π/4)P(1+\sqrt{2}/2,3\pi/4), P(1−2/2,7π/4)P(1-\sqrt{2}/2,7\pi/4)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 9.4절 · 58번
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
116.APEX · 9.4절 · 57번대학 수준우리말 번역

nn 의 값으로 n≠2,3n\neq 2,3 인 정수를 하나 고르고, 공학 도구를 사용하여 서로 다른 세 정수 mm 에 대해 r=sin⁡(mnθ)\displaystyle r=\sin\left(\frac mn\theta\right) 의 그래프를 그리세요. 이 그래프들을 그리고, 전체 그래프가 나타나는 최소의 구간을 구하세요.

영어 원문 보기

Pick a integer value for nn, where n≠2,3n\neq 2,3, and use technology to plot r=sin⁡(mnθ)\displaystyle r=\sin\left(\frac mn\theta\right) for three different integer values of mm. Sketch these and determine a minimal interval on which the entire graph is shown.

정답·풀이 보기

답은 다양하다. mm 과 nn 이 1 이외의 공약수가 없으면, 전체 그래프를 그리는 데 2nπ2n\pi 의 구간이 필요하다.

원본 교재 풀이(영어)

Answers will vary. If mm and nn do not have any common factors, then an interval of 2nπ2n\pi is needed to sketch the entire graph.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 9.4절 · 58번
# 극좌표와 극방정식의 그래프그래프·표 해석자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
117.APEX · 9.4절 · 58번대학 수준우리말 번역

자신만의 극함수 r=f(θ)r=f(\theta) 를 만들어 그래프를 그리세요. 그래프가 그런 모양인 이유를 설명하세요.

영어 원문 보기

Create your own polar function, r=f(θ)r=f(\theta) and sketch it. Describe why the graph looks as it does.

정답·풀이 보기

답은 다양하다.

원본 교재 풀이(영어)

Answers will vary.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 7.3절 · 29번
# 극좌표와 극방정식의 그래프그래프·표 해석자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
118.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)
119.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

그림

(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

그림

(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

그림

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

figure

(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

figure

(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.

figure

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-4 · 1.8절 · 3번
# 극좌표와 극방정식의 그래프계산기본자동 분류
CLP-4 Vector Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
120.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)