문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 벡터와 공간

이차곡면과 곡면 그리기

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

CLP-3 · 1.7절 · 10번대학 수준우리말 번역

다음 함수의 그래프를 그리세요.

(a) f(x,y)=sin⁡x0≤x≤2π, 0≤y≤1f(x,y)=\sin x\qquad 0\le x\le 2\pi,\ 0\le y\le 1 (b) f(x,y)=x2+y2f(x,y)=\sqrt{x^2+y^2} (c) f(x,y)=∣x∣+∣y∣f(x,y)=|x|+|y|

영어 원문 보기

Sketch the graphs of

(a) f(x,y)=sin⁡x0≤x≤2π, 0≤y≤1f(x,y)=\sin x\qquad 0\le x\le 2\pi,\ 0\le y\le 1 (b) f(x,y)=x2+y2f(x,y)=\sqrt{x^2+y^2} (c) f(x,y)=∣x∣+∣y∣f(x,y)=|x|+|y|

정답·풀이 보기

(a) 그래프는 (x,y)(x,y) 가 0≤x≤2π0\le x\le 2\pi, 0≤y≤10\le y\le 1 의 범위를 움직일 때의 z=sin⁡xz=\sin x 이다. 00 과 11 사이의 고정된 각 y0y_0 에 대해, 이 그래프와 수직 평면 y=y0y=y_0 의 교선은 xx 가 00 부터 2π2\pi 까지 변하는 같은 사인 그래프 z=sin⁡xz=\sin x 이다. 따라서 전체 그래프는 2차원 사인 그래프를 나란히 쌓아 놓은 것과 같다. 이것이 아래 왼쪽의 그래프이다.

그림

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(b) 그래프는 z=x2+y2z=\sqrt{x^2+y^2} 이다. 고정된 각 z0≥0z_0\ge 0 에 대해, 이 그래프와 수평 평면 z=z0z=z_0 의 교선은 원 x2+y2=z0\sqrt{x^2+y^2}=z_0 이다. 이 원은 zz축 위에 중심이 있고 반지름이 z0z_0 이다. 따라서 그래프는 원뿔의 위쪽 절반이다. 이것이 위 오른쪽의 그림이다.

(c) 그래프는 z=∣x∣+∣y∣z=|x|+|y| 이다. 고정된 각 z0≥0z_0\ge 0 에 대해, 이 그래프와 수평 평면 z=z0z=z_0 의 교선은 정사각형 ∣x∣+∣y∣=z0|x|+|y|=z_0 이다. x,y≥0x,y\ge 0 인 정사각형의 변은 직선 x+y=z0x+y=z_0 이다. x≥0x\ge 0 이고 y≤0y\le 0 인 정사각형의 변은 직선 x−y=z0x-y=z_0 이며, 나머지 변도 같은 방식이다. 정사각형의 네 꼭짓점은 (±z0,0,z0)(\pm z_0,0,z_0) 와 (0,±z0,z0)(0, \pm z_0,z_0) 이다. 따라서 그래프는 정사각형을 쌓아 놓은 것이다. 이것은 거꾸로 세워진 사각뿔이다. 이 사각뿔 중 제1팔분공간(즉, x,y,z≥0x,y,z\ge 0)에 있는 부분이 아래의 그림이다.

그림

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원본 교재 풀이(영어)

(a) The graph is z=sin⁡xz=\sin x with (x,y)(x,y) running over 0≤x≤2π0\le x\le 2\pi, 0≤y≤10\le y\le 1. For each fixed y0y_0 between 00 and 11, the intersection of this graph with the vertical plane y=y0y=y_0 is the same sin graph z=sin⁡xz=\sin x with xx running from 00 to 2π2\pi. So the whole graph is just a bunch of 2-d sin graphs stacked side-by-side. This gives the graph on the left below.

figure

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(b) The graph is z=x2+y2z=\sqrt{x^2+y^2}. For each fixed z0≥0z_0\ge 0, the intersection of this graph with the horizontal plane z=z0z=z_0 is the circle x2+y2=z0\sqrt{x^2+y^2}=z_0. This circle is centred on the zz-axis and has radius z0z_0. So the graph is the upper half of a cone. It is the sketch on the right above.

(c) The graph is z=∣x∣+∣y∣z=|x|+|y|. For each fixed z0≥0z_0\ge 0, the intersection of this graph with the horizontal plane z=z0z=z_0 is the square ∣x∣+∣y∣=z0|x|+|y|=z_0. The side of the square with x,y≥0x,y\ge 0 is the straight line x+y=z0x+y=z_0. The side of the square with x≥0x\ge 0 and y≤0y\le 0 is the straight line x−y=z0x-y=z_0 and so on. The four corners of the square are (±z0,0,z0)(\pm z_0,0,z_0) and (0,±z0,z0)(0, \pm z_0,z_0). So the graph is a stack of squares. It is an upside down four-sided pyramid. The part of the pyramid in the first octant (that is, x,y,z≥0x,y,z\ge 0) is the sketch below.

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한 번 더 — 비슷한 문제CLP-3 · 1.7절 · 8번우리말 번역

쌍곡면 z2=4x2+y2−1z^2=4x^2+y^2-1 의 그래프를 그리세요.

다 풀었으면 정답 확인

고정된 각 zz 에 대해 4x2+y2=1+z24x^2+y^2=1+z^2 은 타원이다. 따라서 이 곡면은 타원이 차곡차곡 쌓인 모양이다. 반축의 길이는 121+z2\frac{1}{2}\sqrt{1+z^2} 과 1+z2\sqrt{1+z^2} 이다. 이 값들은 z=0z=0 일 때 (즉 xyxy 평면 위의 타원일 때) 가장 작고 ∣z∣|z| 가 커짐에 따라 커진다. 곡면과 xzxz 평면(즉 평면 y=0y=0)의 교선은 쌍곡선 4x2−z2=14x^2-z^2=1 이고, 곡면과 yzyz 평면(즉 평면 x=0x=0)의 교선은 쌍곡선 y2−z2=1y^2-z^2=1 이다. 다음은 곡면의 두 그림이다. 왼쪽 그림은 곡면 중 제1팔분공간에 있는 부분만 (좌표축과 함께) 보여 준다.

그림

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