문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 벡터와 공간

벡터의 연산

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

CLP-3 · 1.2절 · 12번대학 수준우리말 번역

다음 명제를 생각하세요. "벡터 a×(b×c)\mathbf{a}\times(\mathbf{b}\times\mathbf{c}) 는 어떤 실수 α\alpha 와 β\beta 에 대해 αb+βc\alpha \mathbf{b}+\beta \mathbf{c} 의 꼴이다." 이 명제가 참이면 증명하세요. 거짓이면 반례를 드세요.

영어 원문 보기

Consider the following statement: “The vector a×(b×c)\mathbf{a}\times(\mathbf{b}\times\mathbf{c}) is of the form αb+βc\alpha \mathbf{b}+\beta \mathbf{c} for some real numbers α\alpha and β\beta .” If the statement is true, prove it. If the statement is false, give a counterexample.

정답·풀이 보기

이 명제는 참이다. b\mathbf{b} 와 c\mathbf{c} 가 평행한 경우에는 b×c=0\mathbf{b}\times\mathbf{c}=\mathbf{0} 이므로 a×(b×c)=0=0b+0c\mathbf{a}\times(\mathbf{b}\times\mathbf{c})=\mathbf{0}=0\mathbf{b}+0\mathbf{c} 이다. 따라서 b\mathbf{b} 와 c\mathbf{c} 가 평행하지 않다고 가정해도 된다. 그러면 α\alpha 와 β\beta 가 R\mathbb{R} 전체를 움직일 때, 벡터 αb+βc\alpha \mathbf{b}+\beta \mathbf{c} 는 원점과 벡터 b\mathbf{b}, c\mathbf{c} 를 포함하는 평면 위를 움직인다. 이 평면을 PP 라 하자. d=b×c\mathbf{d}=\mathbf{b}\times\mathbf{c} 는 영벡터가 아니고 b\mathbf{b} 와 c\mathbf{c} 모두에 수직이므로, PP 는 원점을 포함하고 d\mathbf{d} 에 수직인 평면이다. a×(b×c)=a×d\mathbf{a}\times(\mathbf{b}\times\mathbf{c})=\mathbf{a}\times\mathbf{d} 는 언제나 d\mathbf{d} 에 수직이므로 PP 위에 놓인다.

원본 교재 풀이(영어)

This statement is true. In the event that b\mathbf{b} and c\mathbf{c} are parallel, b×c=0\mathbf{b}\times\mathbf{c}=\mathbf{0} so that a×(b×c)=0=0b+0c\mathbf{a}\times(\mathbf{b}\times\mathbf{c})=\mathbf{0}=0\mathbf{b}+0\mathbf{c}, so we may assume that b\mathbf{b} and c\mathbf{c} are not parallel. Then as α\alpha and β\beta run over R\mathbb{R}, the vector αb+βc\alpha \mathbf{b}+\beta \mathbf{c} runs over the plane that contains the origin and the vectors b\mathbf{b} and c\mathbf{c}. Call this plane PP. Because d=b×c\mathbf{d}=\mathbf{b}\times\mathbf{c} is nonzero and perpendicular to both b\mathbf{b} and c\mathbf{c}, PP is the plane that contains the origin and is perpendicular to d\mathbf{d}. As a×(b×c)=a×d\mathbf{a}\times(\mathbf{b}\times\mathbf{c})=\mathbf{a}\times\mathbf{d} is always perpendicular to d\mathbf{d}, it lies in PP.

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-3 · 1.2절 · 8번우리말 번역

벡터 a\mathbf{a} 와 b\mathbf{b} 로 결정되는 평행사변형의 넓이가 ∣a×b∣|\mathbf{a}\times \mathbf{b}| 임을 보이세요.

그림

다 풀었으면 정답 확인

평행사변형의 넓이는 밑변의 길이와 높이의 곱이다.

그림

밑변을 a\mathbf{a} 로 잡을 수 있다. 그러면 θ\theta 가 변 a\mathbf{a} 와 b\mathbf{b} 사이의 각일 때, 높이는 ∣b∣sin⁡θ|\mathbf{b}|\sin\theta 이다. 따라서

area=∣a∣∣b∣sin⁡θ=∣a×b∣\text{area} = |\mathbf{a}||\mathbf{b}|\sin\theta=|\mathbf{a}\times\mathbf{b}|

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