먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.
CLP-3 · 3.3절 · 10번대학 수준우리말 번역
a, b, c 를 양수라 하고, T 를 꼭짓점이 (−a,0), (b,0), (0,c) 인 삼각형이라 하자.
(a) T 위에서 밀도가 상수라고 가정할 때, T 의 질량중심을 구하세요.
(b) T 의 중선은 T 의 한 꼭짓점과 그 대변의 중점을 잇는 선분이다. 임의의 삼각형의 세 중선은 한 점에서 만난다는 것은 잘 알려진 사실이며, 이 점을 T 의 무게중심이라 한다. T 의 무게중심이 T 의 질량중심임을 보이세요.
영어 원문 보기
Let a, b and c be positive numbers, and let T be
the triangle whose vertices are (−a,0), (b,0) and (0,c).
(a) Assuming that the density is constant on T, find the center
of mass of T.
(b) The medians of T are the line segments which join a vertex
of T to the midpoint of the opposite side. It is a well known fact that the
three medians of any triangle meet at a point, which is known as the centroid
of T. Show that the centroid of T is its centre of mass.
정답·풀이 보기
(a) (−a,0) 에서 (0,c) 까지의 삼각형의 변은 그 두 점을 지나는 직선이다. x=−a 일 때 y=0 이므로, 이 직선의 방정식은 어떤 상수 K 에 대해 y=K(x+a) 꼴이어야 한다. x=0 일 때 y=c 이므로 상수 K=ac 이다. 따라서 방정식은
y=ac(x+a)
이고, 이는 방정식 cx−ay=−ac 와 같다. 마찬가지로 (b,0) 에서 (0,c) 까지의 삼각형의 변의 방정식은 y=bc(b−x) 이다.
삼각형의 넓이는 A=21(a+b)c 이다. 질량중심 (xˉ,yˉ) 는 다음과 같다.
(b) (−a,0) 의 대변의 중점은 21[(b,0)+(0,c)]=21(b,c) 이다.
(−a,0) 에서 21(b,c) 로 향하는 벡터는 21⟨b,c⟩−⟨−a,0⟩=⟨a+2b,2c⟩ 이다. 따라서 이 두 점을 잇는 직선의 벡터 매개변수 방정식은 다음과 같다.
r(t)=⟨−a,0⟩+t⟨a+21b,21c⟩
다음이 성립하므로 점 (xˉ,yˉ) 는 이 직선 위에 있다.
r(32)=(31(b−a),3c)=(xˉ,yˉ)
마찬가지로 (b,0) 의 대변의 중점은 21(−a,c) 이다.
이 두 점을 잇는 직선의 벡터 매개변수 방정식은 다음과 같다.
r(t)=⟨b,0⟩+t⟨−b−21a,21c⟩
다음이 성립하므로 점 (xˉ,yˉ) 는 이 직선 위에도 있다.
r(32)=(31(b−a),3c)=(xˉ,yˉ)
(xˉ,yˉ) 가 세 번째 중선 위에 있는지 확인할 필요는 사실 없지만, 어쨌든 확인해 보자. (0,c) 의 대변의 중점은 21(b−a,0) 이다.
이 두 점을 잇는 직선의 벡터 매개변수 방정식은 다음과 같다.
r(t)=⟨0,c⟩+t⟨2b−2a,−c⟩
다음이 성립하므로 점 (xˉ,yˉ) 는 이 중선 위에도 있다.
r(32)=(31(b−a),3c)=(xˉ,yˉ)
원본 교재 풀이(영어)
(a) The side of the triangle from (−a,0) to (0,c) is straight line that passes through those two points. As y=0 when x=−a, the line must have
an equation of the form y=K(x+a) for some constant K. Since y=c when
x=0, the constant K=ac. So that the equation is
y=ac(x+a).
has equation cx−ay=−ac. Similarly the side of the triangle from
(b,0) to (0,c) has equation y=bc(b−x).
The triangle has area A=21(a+b)c. It has centre
of mass (xˉ,yˉ) with
xˉ=A1∬Txdxdyyˉ=A1∬Tydxdy
To evaluate the integrals we'll decompose the triangle into vertical strips
as in the figure
(b) The midpoint of the side opposite (−a,0) is 21[(b,0)+(0,c)]=21(b,c).
The vector from (−a,0) to 21(b,c) is 21⟨b,c⟩−⟨−a,0⟩=⟨a+2b,2c⟩. So
the line joining these two points has vector parametric equation
r(t)=⟨−a,0⟩+t⟨a+21b,21c⟩
The point (xˉ,yˉ) lies on this line since
r(32)=(31(b−a),3c)=(xˉ,yˉ)
Similarly, the midpoint of the side opposite (b,0) is 21(−a,c).
The line joining these two points has vector parametric equation
r(t)=⟨b,0⟩+t⟨−b−21a,21c⟩
The point (xˉ,yˉ) lies on this line too, since
r(32)=(31(b−a),3c)=(xˉ,yˉ)
It is not really necessary to check that (xˉ,yˉ) lies on the
third median, but let's do it anyway. The midpoint of the side opposite (0,c) is 21(b−a,0).
The line joining these two points has vector parametric equation
r(t)=⟨0,c⟩+t⟨2b−2a,−c⟩
The point (xˉ,yˉ) lies on this median too, since
r(32)=(31(b−a),3c)=(xˉ,yˉ)
한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 3권 · 5.6절 · 47번우리말 번역
입체 Q 의 질량이 ∫022∫08−x2∫x2+y216−x2−y2(x2+y2+z2)ndzdydx 로 주어진다. 여기서 n 은 정수이다. 입체의 질량이 (2−2)π 가 되도록 하는 n 의 값을 구하세요.