문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 다변수 미분

접평면과 선형근사

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

CLP-3 · 2.6절 · 18번대학 수준우리말 번역

zz 가 xx, yy 의 함수이고

z3−z+2xy−y2=0,z(2,4)=1z^3 - z + 2xy - y^2 = 0,\qquad z(2, 4) = 1

을 만족시킨다고 하자.

(a) 점 (2,4)(2, 4) 에서 zz 의 선형 근사를 구하세요. (b) (a)의 답을 이용하여 (2.02,3.96)(2.02, 3.96) 에서 zz 의 값을 어림하세요.

영어 원문 보기

Let zz be a function of xx, yy such that

z3−z+2xy−y2=0,z(2,4)=1.z^3 - z + 2xy - y^2 = 0,\qquad z(2, 4) = 1.

(a) Find the linear approximation to zz at the point (2,4)(2, 4). (b) Use your answer in (a) to estimate the value of zz at (2.02,3.96)(2.02, 3.96).

답 쓰고 채점
(a)
(b)
정답·풀이 보기

(a) 함수 z(x,y)z(x,y) 는 (2,4)(2,4) 근처의 모든 (x,y)(x,y) 에 대해

z(x,y)3−z(x,y)+2xy−y2=0z(x,y)^3-z(x,y)+2xy-y^2=0

을 만족시킨다. xx 와 yy 에 대해 각각 미분하면

3z(x,y)2∂z∂x(x,y)−∂z∂x(x,y)+2y=03z(x,y)2∂z∂y(x,y)−∂z∂y(x,y)+2x−2y=0\begin{aligned} 3z(x,y)^2\frac{\partial z}{\partial x}(x,y) -\frac{\partial z}{\partial x}(x,y)+2y&=0 \\ 3z(x,y)^2\frac{\partial z}{\partial y}(x,y) -\frac{\partial z}{\partial y}(x,y)+2x-2y&=0 \end{aligned}

이다. x=2x=2, y=4y=4, z(2,4)=1z(2,4)=1 을 대입하면

3∂z∂x(2,4)−∂z∂x(2,4)+8=0  ⟺  ∂z∂x(2,4)=−43∂z∂y(2,4)−∂z∂y(2,4)+4−8=0  ⟺  ∂z∂y(2,4)=2\begin{aligned} 3\frac{\partial z}{\partial x}(2,4) -\frac{\partial z}{\partial x}(2,4)+8&=0 & &\iff & \frac{\partial z}{\partial x}(2,4) & = -4 \\ 3\frac{\partial z}{\partial y}(2,4) -\frac{\partial z}{\partial y}(2,4)+4-8&=0 & &\iff & \frac{\partial z}{\partial y}(2,4) & = 2 \end{aligned}

이다. 따라서 선형 근사는

z(x,y)≈z(2,4)+zx(2,4)(x−2)+zy(2,4)(y−4)=1−4(x−2)+2(y−4)=1−4x+2y\begin{aligned} z(x,y)&\approx z(2,4)+z_x(2,4)(x-2)+z_y(2,4)(y-4)= 1-4(x-2)+2(y-4) \\ &=1-4x+2y \end{aligned}

이다.

(b) x=2.02x=2.02, y=3.96y=3.96 을 대입하면

z(2.02,3.96)≈1−4×0.02+2×(−0.04)=0.84\begin{aligned} z(2.02,3.96)\approx 1-4\times0.02+2\times(-0.04) =0.84 \end{aligned}

이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) The function z(x,y)z(x,y) obeys

z(x,y)3−z(x,y)+2xy−y2=0z(x,y)^3-z(x,y)+2xy-y^2=0

for all (x,y)(x,y) near (2,4)(2,4). Differentiating with respect to xx and yy

3z(x,y)2∂z∂x(x,y)−∂z∂x(x,y)+2y=03z(x,y)2∂z∂y(x,y)−∂z∂y(x,y)+2x−2y=0\begin{aligned} 3z(x,y)^2\frac{\partial z}{\partial x}(x,y) -\frac{\partial z}{\partial x}(x,y)+2y&=0 \\ 3z(x,y)^2\frac{\partial z}{\partial y}(x,y) -\frac{\partial z}{\partial y}(x,y)+2x-2y&=0 \end{aligned}

Substituting in x=2x=2, y=4y=4 and z(2,4)=1z(2,4)=1 gives

3∂z∂x(2,4)−∂z∂x(2,4)+8=0  ⟺  ∂z∂x(2,4)=−43∂z∂y(2,4)−∂z∂y(2,4)+4−8=0  ⟺  ∂z∂y(2,4)=2\begin{aligned} 3\frac{\partial z}{\partial x}(2,4) -\frac{\partial z}{\partial x}(2,4)+8&=0 & &\iff & \frac{\partial z}{\partial x}(2,4) & = -4 \\ 3\frac{\partial z}{\partial y}(2,4) -\frac{\partial z}{\partial y}(2,4)+4-8&=0 & &\iff & \frac{\partial z}{\partial y}(2,4) & = 2 \end{aligned}

The linear approximation is

z(x,y)≈z(2,4)+zx(2,4)(x−2)+zy(2,4)(y−4)=1−4(x−2)+2(y−4)=1−4x+2y\begin{aligned} z(x,y)&\approx z(2,4)+z_x(2,4)(x-2)+z_y(2,4)(y-4)= 1-4(x-2)+2(y-4) \\ &=1-4x+2y \end{aligned}

(b) Substituting in x=2.02x=2.02 and y=3.96y=3.96 gives

z(2.02,3.96)≈1−4×0.02+2×(−0.04)=0.84\begin{aligned} z(2.02,3.96)\approx 1-4\times0.02+2\times(-0.04) =0.84 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 3권 · 4.4절 · 3번우리말 번역

다음 문제에서, 이 절에서 사용하는 기법을 복습하는 데 도움이 되도록 점 PP 에서의 법선벡터와 접선벡터를 구하세요.

x2+xy+y2=3,P(−1,−1){x}^{2}+xy+{y}^{2}=3,P(-1,-1)

다 풀었으면 정답 확인

법선벡터: i+ji+j, 접선벡터: i−ji-j

이 문제로 이어서 풀기
# 접평면과 선형근사계산보통자동 분류

「접평면과 선형근사」 문제 목록으로