위치가 인 입자의 시각 에서의 속도, 속력, 가속도를 구하세요. 입자의 경로를 설명하세요. 이라 하세요.
(a) (b)
영어 원문 보기
Find the velocity, speed and acceleration at time of the particle whose position is . Describe the path of the particle. Let .
(a) (b)
정답·풀이 보기
(a) 정의에 의해,
좌표는 반지름이 이고 중심이 인 원을 반시계 방향으로 돈다. 가 증가할 때마다 원을 한 바퀴 돈다. 동시에 좌표는 일정한 비율로 증가한다. 좌표가 원을 한 바퀴 돌 때마다 좌표는 만큼 증가한다. 경로는 반지름이 이고 한 바퀴 돌 때마다 높이가 만큼 올라가는 나선이다.
(b) 정의에 의해,
다음과 같이 놓자.
그러면
이므로 좌표는 반지름이 이고 중심이 인 원을 반시계 방향으로 돈다. 동시에 좌표는 절반의 빠르기로 과 사이의 구간에서 진동한다. 사실 이 곡선에 대해서는 더 말할 수 있다.
따라서 이 곡선은 원기둥 과 구 의 교선 위에 놓여 있다. ( 의 값을 구해 볼 생각을 하지 못했더라도 걱정하지 않아도 된다.)
원본 교재 풀이(영어)
(a) By definition,
The coordinates go around a circle of radius and centre counterclockwise. One circle is completed for each increase of by . At the same time, the coordinate increases at a constant rate. Each time the coordinates complete one circle, the coordinate increases by . The path is a helix with radius and with each turn having height .
(b) By definition,
Write
Then
Thus the coordinates go around a circle of radius and centre counterclockwise. At the same time the coordinate oscillates over the interval between and half as fast. In fact, one can say more about the curve.
So our curve lies on the intersection of the cylinder and the sphere . (Don't worry if you didn't think of trying to evaluate .)
한 번 더 — 비슷한 문제CLP-3 · 1.6절 · 28번우리말 번역
시각 에서 어떤 입자의 위치 벡터와 속도 벡터가 , 이다. 시각 에서 이 입자의 가속도 벡터는
이다.
(a) 초 후 입자의 위치를 구하세요. (b) 모든 에 대해 입자의 속도와 가속도가 항상 수직임을 보이세요. (c) 에서 입자의 경로에 접하는 접선의 방정식을 구하세요. (d) 참 또는 거짓: 입자의 경로에 접하는 직선 중 을 지나는 것은 하나도 없다. 답의 이유를 밝히세요.
다 풀었으면 정답 확인
(a) 정의에 의해
이고, 여기서 , , 은 어떤 상수이다. 을 만족하려면 , , 이어야 한다. 따라서 이다. 마찬가지로
이고, 여기서 , , 은 어떤 상수이다. 을 만족하려면 , , 이어야 한다. 따라서 이다.
(b) 수직 여부를 확인하기 위해 내적을 계산하면
이므로 모든 에 대해 이다.
(c) 에서 입자는 에 있고 속도는 이다. 따라서 접선은 을 지나고 방향 벡터가 이어야 한다. 다음은 접선의 벡터 매개변수 방정식이다.
(d) 참이다. 입자가 지나는 경로를 위에서 내려다보아 좌표와 좌표만 보이게 하자. 우리가 보는 경로(이를 사영 경로라 하자)는 , 이며, 이는 원점을 중심으로 하는 반지름이 1인 원이다. 원의 어떤 접선이든 항상 그 원의 바깥에 놓인다. 따라서 사영 경로에 접하는 어떤 접선도 을 지날 수 없다. 그러므로 입자가 지나는 경로에 접하는 어떤 접선도 축을 지날 수 없고, 특히 을 지날 수 없다.