밑면이 평면 위에서 중심이 이고 반지름이 1인 원이고, 평면에서 직선 에 평행하게 기울어진 원기둥을 생각하세요.

점 에 서서 축의 양의 방향을 바라볼 때, 곡면의 기울기는 얼마인가요? 축의 양의 방향을 바라볼 때는 얼마인가요?
영어 원문 보기
Consider the cylinder whose base is the radius-1 circle in the -plane centred at , and which slopes parallel to the line in the -plane given by .

When you stand at the point , what is the slope of the surface if you look in the positive direction? The positive direction?
정답·풀이 보기
풀이 1
먼저 이 곡면의 방정식을 구하자. 모든 등위곡선은 반지름이 1인 수평 방향의 원이므로, 방정식은 다음 꼴이어야 한다.
여기서 과 는 에만 의존하는 함수이다. 높이 에서 원의 중심이 , 에 있으므로, 이 곡면의 방정식은 다음과 같다.
점 에서 곡면의 높이는 이 방정식을 풀어 얻은 이다. 즉,
원하는 점 에서 와 를 구하기 위해 이 등식을 음함수 미분한다. 먼저 를 에 대해 미분하면
이므로 축의 양의 방향을 바라볼 때의 기울기는 이다. 마찬가지로 를 에 대해 미분하면
축의 양의 방향을 바라볼 때의 기울기는 이다.
풀이 2
에 서서 축의 양의 방향을 바라보면, 곡면은 다음 조건을 만족하는 직선을 따른다.
- 점 을 지난다.
- 원기둥의 중심선 에 평행하다.
중심선을 방향으로 1만큼 옮기면 직선 , 을 얻는다. (확인해 보면 은 실제로 , 위에 있다.) 이 직선의 기울기는 1이다.
에 서서 축의 양의 방향을 바라보면, 곡면은 원 , 을 따른다. 이 원은 원기둥과 평면의 교선이다. 이 원을 따라 움직이는 동안 좌표는 으로 고정된다. 따라서 이 방향의 기울기는 0이다.
원본 교재 풀이(영어)
Solution 1
Let's start by finding an equation for this surface. Every level curve is a horizontal circle of radius one, so the equation should be of the form
where and are functions depending only on . Since the centre of the circle at height is at position , , we see that the equation of our surface is
The height of the surface at the point is the found by solving that equation. That is,
We differentiate this equation implicitly to find and at the desired point . First, differentiating with respect to gives
so that the slope looking in the positive direction is . Similarly, differentiating with respect to gives
The slope looking in the positive direction is .
Solution 2
Standing at and looking in the positive direction, the surface follows the straight line that
- passes through the point , and
- is parallel to the central line of the cylinder.
Shifting the central line one unit in the -direction, we get the line , . (As a check, notice that is indeed on , .) The slope of this line is 1.
Standing at and looking in the positive direction, the surface follows the circle , , which is the intersection of the cylinder with the -plane. As we move along that circle our coordinate stays fixed at . So the slope in that direction is 0.
한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 3권 · 4장 복습 · 4번우리말 번역
단원 복습 문제
다음 문제에서 주어진 명제가 참인지 거짓인지 판단하세요. 증명이나 반례로 답을 뒷받침하세요.
는 의 임계점이다.
다 풀었으면 정답 확인
거짓