문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 벡터와 공간

공간좌표

먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.

CLP-3 · 1.1절 · 3번대학 수준우리말 번역

다음 조건을 만족하는 R3\mathbb{R}^3 의 모든 점 (x,y,z)(x,y,z) 의 집합을 설명하세요. 그 집합 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그래프를 그리세요.

(a) z=xz = x (b) x+y+z=1x + y + z = 1 (c) x2+y2+z2=4x^2 + y^2 + z^2 = 4 (d) x2+y2+z2=4x^2 + y^2 + z^2 = 4, z=1z = 1 (e) x2+y2=4x^2+y^2=4 (f) z=x2+y2z = x^2 + y^2

영어 원문 보기

Describe the set of all points (x,y,z)(x,y,z) in R3\mathbb{R}^3 that satisfy the following conditions. Sketch the part of the set that is in the first octant.

(a) z=xz = x (b) x+y+z=1x + y + z = 1 (c) x2+y2+z2=4x^2 + y^2 + z^2 = 4 (d) x2+y2+z2=4x^2 + y^2 + z^2 = 4, z=1z = 1 (e) x2+y2=4x^2+y^2=4 (f) z=x2+y2z = x^2 + y^2

정답·풀이 보기

(a) 고정된 각 y0y_0 에 대해 z=x, y=y0z=x,\ y=y_0 은 평면 y=y0y=y_0 위에 놓인 직선이다. (이 평면은 xx축과 zz축을 포함하는 평면과 평행하며, 그 평면으로부터의 거리가 y0y_0 이다.) 이 직선은 x=z=0x=z=0 인 점을 지나고 xyxy평면과 45∘45^\circ 의 각을 이룬다. 이러한 직선(y0=0y_0=0 인 경우)을 아래 그림에 그렸다. 집합 z=xz=x 는 y0y_0 의 모든 값에 대한 직선 z=x, y=y0z=x,\ y=y_0 들의 합집합이다. y0y_0 가 변함에 따라 z=x, y=y0z=x,\ y=y_0 은 yy축을 포함하고 xyxy평면과 45∘45^\circ 의 각을 이루는 평면을 훑는다. 다음은 이 평면 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그래프이다.

그림

(b) x+y+z=1x+y+z=1 은 세 점 (1,0,0)(1,0,0), (0,1,0)(0,1,0), (0,0,1)(0,0,1) 을 지나는 평면이다. 다음은 이 평면 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그래프이다.

그림

(c) x2+y2+z2x^2+y^2+z^2 은 (0,0,0)(0,0,0) 에서 (x,y,z)(x,y,z) 까지의 거리의 제곱이다. 따라서 x2+y2+z2=4x^2+y^2+z^2=4 는 (0,0,0)(0,0,0) 으로부터의 거리가 22 인 점들의 집합이다. 이것은 중심이 (0,0,0)(0,0,0) 이고 반지름이 2인 구이다. 다음은 이 구 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그래프이다.

그림

(d) x2+y2+z2=4x^2+y^2+z^2=4, z=1z=1 은, 즉 x2+y2=3x^2+y^2=3, z=1z=1 은, 평면 z=1z=1 과 중심이 (0,0,0)(0,0,0) 이고 반지름이 2인 구의 교집합이다. 이것은 평면 z=1z=1 위에 있고 중심이 (0,0,1)(0,0,1) 이며 반지름이 3\sqrt{3} 인 원이다. 이 원 중 제1팔분공간에 있는 부분은 다음 그림에서 굵게 표시된 사분원이다.

그림

(e) 고정된 각 z0z_0 에 대해 x2+y2=4x^2+y^2=4, z=z0z=z_0 은 평면 z=z0z=z_0 위에 있고 중심이 (0,0,z0)(0,0,z_0) 이며 반지름이 22 인 원이다. 따라서 x2+y2=4x^2+y^2=4 는 z0z_0 의 모든 가능한 값에 대한 x2+y2=4, z=z0x^2+y^2=4,\ z=z_0 들의 합집합이다. 이것은 수평인 원들이 수직으로 쌓인 것이며, zz축을 중심축으로 하고 반지름이 22 인 원기둥이다. 다음은 이 원기둥 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그래프이다.

그림

(f) 고정된 각 z0≥0z_0\ge 0 에 대해 곡선 z=x2+y2, z=z0z = x^2 + y^2,\ z=z_0 은 평면 z=z0z=z_0 위에 있고 중심이 (0,0,z0)(0,0,z_0) 이며 반지름이 z0\sqrt{z_0} 인 원이다. z=x2+y2z = x^2 + y^2 은 z0≥0z_0\ge 0 의 모든 가능한 값에 대한 z=x2+y2, z=z0z = x^2 + y^2,\ z=z_0 들의 합집합이므로, 수평인 원들이 수직으로 쌓인 것이다. 이 곡면과 yzyz평면의 교선은 포물선 z=y2z=y^2 이다. 다음은 이 포물면 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그래프이다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

(a) For each fixed y0y_0, z=x, y=y0z=x,\ y=y_0 is a straight line that lies in the plane, y=y0y=y_0 (which is parallel to the plane containing the xx and zz axes and is a distance y0y_0 from it). This line passes through x=z=0x=z=0 and makes an angle 45∘45^\circ with the xyxy–plane. Such a line (with y0=0y_0=0) is sketched in the figure below. The set z=xz=x is the union of all the lines z=x, y=y0z=x,\ y=y_0 with all values of y0y_0. As y0y_0 varies z=x, y=y0z=x,\ y=y_0 sweeps out the plane which contains the yy–axis and which makes an angle 45∘45^\circ with the xyxy–plane. Here is a sketch of the part of the plane that is in the first octant.

figure

(b) x+y+z=1x+y+z=1 is the plane through the points (1,0,0)(1,0,0), (0,1,0)(0,1,0) and (0,0,1)(0,0,1). Here is a sketch of the part of the plane that is in the first octant.

figure

(c) x2+y2+z2x^2+y^2+z^2 is the square of the distance from (0,0,0)(0,0,0) to (x,y,z)(x,y,z). So x2+y2+z2=4x^2+y^2+z^2=4 is the set of points whose distance from (0,0,0)(0,0,0) is 22. It is the sphere with centre (0,0,0)(0,0,0) and radius 2. Here is a sketch of the part of the sphere that is in the first octant.

figure

(d) x2+y2+z2=4x^2+y^2+z^2=4, z=1z=1 or equivalently x2+y2=3x^2+y^2=3, z=1z=1, is the intersection of the plane z=1z=1 with the sphere of centre (0,0,0)(0,0,0) and radius 2. It is a circle in the plane z=1z=1 that has centre (0,0,1)(0,0,1) and radius 3\sqrt{3}. The part of the circle in the first octant is the heavy quarter circle in the sketch

figure

(e) For each fixed z0z_0, x2+y2=4x^2+y^2=4, z=z0z=z_0 is a circle in the plane z=z0z=z_0 with centre (0,0,z0)(0,0,z_0) and radius 22. So x2+y2=4x^2+y^2=4 is the union of x2+y2=4, z=z0x^2+y^2=4,\ z=z_0 for all possible values of z0z_0. It is a vertical stack of horizontal circles. It is the cylinder of radius 22 centered on the zz–axis. Here is a sketch of the part of the cylinder that is in the first octant.

figure

(f) For each fixed z0≥0z_0\ge 0, the curve z=x2+y2, z=z0z = x^2 + y^2,\ z=z_0 is the circle in the plane z=z0z=z_0 with centre (0,0,z0)(0,0,z_0) and radius z0\sqrt{z_0}. As z=x2+y2z = x^2 + y^2 is the union of z=x2+y2, z=z0z = x^2 + y^2,\ z=z_0 for all possible values of z0≥0z_0\ge 0, it is a vertical stack of horizontal circles. The intersection of the surface with the yzyz–plane is the parabola z=y2z=y^2. Here is a sketch of the part of the paraboloid that is in the first octant.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 3권 · 2.2절 · 17번우리말 번역

다음 연습문제에서, 시점이 PP 이고 종점이 QQ 인 벡터 PQ⃗\vec{PQ} 를

a. 성분 형태로 나타내고 b. 표준단위벡터를 사용하여 나타내세요.

P(3,0,2)P(3,0,2) 와 Q(−1,−1,4)Q(-1,-1,4)

다 풀었으면 정답 확인

a. PQ⃗=⟨−4,−1,2⟩;\vec{PQ}=\langle -4,-1,2\rangle ; b. PQ⃗=−4i−j+2k\vec{PQ}=-4\text{i}-\text{j}+2\text{k}

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