문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 벡터 미적분

매개변수 곡면

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

CLP-4 · 3.1절 · 5번대학 수준우리말 번역

SS 를 포물면 z+x2+y2=4z + x^2 + y^2 = 4 의 일부로서 평면 z=0z = 0 과 z=1z = 1 사이에 놓인 부분이라고 하자. 다음 각각이 곡면 SS 를 올바르게 매개화하는지 판단하세요.

(a) r(u,v)=u ı^+v ȷ^+(4−u2−v2) k^\mathbf{r}(u,v) = u\,\hat{\boldsymbol{\imath}} + v\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} + (4 - u^2 - v^2)\,\hat{\mathbf{k}}, 0≤u2+v2≤10 \le u^2 + v^2 \le 1 (b) r(u,v)=(4−u cos⁡v) ı^+(4−u sin⁡v) ȷ^+u k^\mathbf{r}(u,v) = (\sqrt{4-u}\,\cos v)\,\hat{\boldsymbol{\imath}} + (\sqrt{4-u}\, \sin v)\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} + u\,\hat{\mathbf{k}},

0≤u≤10 \le u \le 1, 0≤v≤2π0 \le v \le 2\pi (c) r(u,v)=(ucos⁡v) ı^+(usin⁡v) ȷ^+(4−u2) k^\mathbf{r}(u, v) = (u \cos v)\,\hat{\boldsymbol{\imath}} + (u \sin v)\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} + (4 - u^2 )\,\hat{\mathbf{k}}, 3≤u≤2\sqrt{3} \le u \le 2, 0≤v≤2π0 \le v \le 2\pi

영어 원문 보기

Let SS be the part of the paraboloid z+x2+y2=4z + x^2 + y^2 = 4 lying between the planes z=0z = 0 and z=1z = 1. For each of the following, indicate whether or not it correctly parameterizes the surface SS.

(a) r(u,v)=u ı^+v ȷ^+(4−u2−v2) k^\mathbf{r}(u,v) = u\,\hat{\boldsymbol{\imath}} + v\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} + (4 - u^2 - v^2)\,\hat{\mathbf{k}}, 0≤u2+v2≤10 \le u^2 + v^2 \le 1 (b) r(u,v)=(4−u cos⁡v) ı^+(4−u sin⁡v) ȷ^+u k^\mathbf{r}(u,v) = (\sqrt{4-u}\,\cos v)\,\hat{\boldsymbol{\imath}} + (\sqrt{4-u}\, \sin v)\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} + u\,\hat{\mathbf{k}},

0≤u≤10 \le u \le 1, 0≤v≤2π0 \le v \le 2\pi (c) r(u,v)=(ucos⁡v) ı^+(usin⁡v) ȷ^+(4−u2) k^\mathbf{r}(u, v) = (u \cos v)\,\hat{\boldsymbol{\imath}} + (u \sin v)\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} + (4 - u^2 )\,\hat{\mathbf{k}}, 3≤u≤2\sqrt{3} \le u \le 2, 0≤v≤2π0 \le v \le 2\pi

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(a)
(b)
(c)
정답·풀이 보기

(a) 아니요. u=v=0u=v=0 일 때 z=4z=4 는 00 과 11 사이에 있지 않다.

(b) 예. x=4−u cos⁡vx=\sqrt{4-u}\,\cos v, y=4−u sin⁡vy=\sqrt{4-u}\,\sin v, z=uz= u 이고 0≤u≤10 \le u \le 1, 0≤v≤2π0 \le v \le 2\pi 일 때 다음이 성립한다.

  • z+x2+y2=4z+x^2+y^2=4
  • 0≤z=u≤10\le z=u\le 1
  • 00 과 11 사이의 각각의 고정된 z=uz=u 에 대해, vv 가 00 에서 2π2\pi 까지 변할 때 (x,y)(x,y) 는 원 x2+y2=4−z=4−ux^2+y^2 =4-z =4-u 를 꼭 한 바퀴 돈다.

(c) 예. x=u cos⁡vx=u\,\cos v, y=u sin⁡vy=u\,\sin v, z=4−u2z= 4-u^2 이고 3≤u≤2\sqrt{3} \le u \le 2, 0≤v≤2π0 \le v \le 2\pi 일 때 다음이 성립한다.

  • z+x2+y2=4z+x^2+y^2=4
  • 0≤z=4−u2≤10\le z=4-u^2\le 1
  • 00 과 11 사이의 각각의 고정된 z=4−u2z=4-u^2 에 대해, vv 가 00 에서 2π2\pi 까지 변할 때 (x,y)(x,y) 는 원 x2+y2=4−z=u2x^2+y^2 =4-z =u^2 을 꼭 한 바퀴 돈다.
원본 교재 풀이(영어)

(a) No. When u=v=0u=v=0, z=4z=4 is not between 00 and 11.

(b) Yes. Note that when x=4−u cos⁡vx=\sqrt{4-u}\,\cos v, y=4−u sin⁡vy=\sqrt{4-u}\,\sin v and z=uz= u with 0≤u≤10 \le u \le 1, 0≤v≤2π0 \le v \le 2\pi,

  • z+x2+y2=4z+x^2+y^2=4
  • 0≤z=u≤10\le z=u\le 1
  • For each fixed z=uz=u between 00 and 11, (x,y)(x,y) runs once around the circle x2+y2=4−z=4−ux^2+y^2 =4-z =4-u as vv runs from 00 to 2π2\pi.

(c) Yes. Note that when x=u cos⁡vx=u\,\cos v, y=u sin⁡vy=u\,\sin v and z=4−u2z= 4-u^2, with 3≤u≤2\sqrt{3} \le u \le 2, 0≤v≤2π0 \le v \le 2\pi

  • z+x2+y2=4z+x^2+y^2=4
  • 0≤z=4−u2≤10\le z=4-u^2\le 1
  • For each fixed z=4−u2z=4-u^2 between 00 and 11, (x,y)(x,y) runs once around the circle x2+y2=4−z=u2x^2+y^2 =4-z =u^2 as vv runs from 00 to 2π2\pi.

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-4 · 3.1절 · 4번우리말 번역

곡면 SS 가 구면 x2+y2+z2=2x^2 + y^2 + z^2 = 2 의 일부로서 원기둥 x2+y2=1x^2 + y^2 = 1 의 안쪽에 있고 z≥0z \ge 0 인 부분이라고 하자. 다음 중 SS 의 매개변수화인 것을 모두 고르세요.

(a) r(ϕ,θ)=2sin⁡ϕcos⁡θ ı^+2cos⁡ϕ ȷ^+2sin⁡ϕsin⁡θ k^\mathbf{r}(\phi,\theta) = 2\sin \phi\cos\theta\,\hat{\boldsymbol{\imath}} +2\cos \phi\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} +2\sin \phi\sin\theta\,\hat{\mathbf{k}}

0≤ϕ≤π40\le\phi\le\frac{\pi}{4}, 0≤θ≤2π0\le\theta\le2\pi (b) r(x,y)=x ı^−y ȷ^+2−x2−y2 k^\mathbf{r}(x,y) = x\,\hat{\boldsymbol{\imath}} -y\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} +\sqrt{2-x^2-y^2}\,\hat{\mathbf{k}}

x2+y2≤1x^2+y^2\le 1 (c) r(u,θ)=usin⁡θ ı^+ucos⁡θ ȷ^+2−u2 k^\mathbf{r}(u,\theta) = u\sin\theta\,\hat{\boldsymbol{\imath}} +u\cos \theta\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} +\sqrt{2-u^2}\,\hat{\mathbf{k}}

0≤u≤20\le u\le 2, 0≤θ≤2π0\le\theta\le2\pi (d) r(ϕ,θ)=2sin⁡ϕcos⁡θ ı^+2sin⁡ϕsin⁡θ ȷ^+2cos⁡ϕ k^\mathbf{r}(\phi,\theta) = \sqrt{2}\sin \phi\cos\theta\,\hat{\boldsymbol{\imath}} +\sqrt{2}\sin \phi\sin\theta\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} +\sqrt{2}\cos \phi\,\hat{\mathbf{k}}

0≤ϕ≤π40\le\phi\le\frac{\pi}{4}, 0≤θ≤2π0\le\theta\le2\pi (e) r(ϕ,z)=−2−z2sin⁡ϕ ı^+2−z2cos⁡ϕ ȷ^+z k^\mathbf{r}(\phi,z) = -\sqrt{2-z^2}\sin \phi\,\hat{\boldsymbol{\imath}} +\sqrt{2-z^2}\cos \phi\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} +z\,\hat{\mathbf{k}}

0≤ϕ≤2π0\le\phi\le2\pi, 1≤z≤21\le z\le\sqrt{2}

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(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
다 풀었으면 정답 확인

(a) 아니요. 0<ϕ≤π40 <\phi\le\frac{\pi}{4}, π<θ<2π\pi < \theta <2\pi 일 때 z=sin⁡ϕsin⁡θz=\sin\phi\sin \theta 는 음수이다.

(b) 예. x2+(−y)2+(2−x2−y2)2=2x^2+\big(-y\big)^2+\big(\sqrt{2-x^2-y^2}\big)^2=2 이고, x2+y2≤1x^2+y^2\le 1 일 때 x2+(−y)2≤1x^2+(-y)^2\le 1 과 2−x2−y2≥0\sqrt{2-x^2-y^2}\ge 0 이 모두 성립함에 주목한다.

(c) 아니요. 1<u≤21<u\le 2 일 때 (usin⁡θ)2+(ucos⁡θ)2=u2>1(u\sin\theta)^2+(u\cos\theta)^2=u^2>1 이다. 또한 2<u≤2\sqrt{2}<u\le 2 일 때 2−u2\sqrt{2-u^2} 는 정의되지 않는다.

(d) 예. 다음에 주목한다.

  • (2sin⁡ϕcos⁡θ)2+(2sin⁡ϕsin⁡θ)2+(2cos⁡ϕ)2=2\big(\sqrt{2}\sin \phi\cos\theta\big)^2 +\big(\sqrt{2}\sin \phi\sin\theta\big)^2 +\big(\sqrt{2}\cos \phi\big)^2=2
  • 0≤ϕ≤π40\le\phi\le\frac{\pi}{4} 일 때 z=2cos⁡ϕ>0z=\sqrt{2}\cos \phi>0 이다.
  • ϕ\phi 가 00 에서 π4\frac{\pi}{4} 까지 변할 때 r(ϕ)=2sin⁡ϕr(\phi)=\sqrt{2}\sin\phi 는 00 에서 11 까지 변하므로, ϕ\phi 가 00 에서 π4\frac{\pi}{4} 까지, θ\theta 가 00 에서 2π2\pi 까지 변할 때 (x=r(ϕ)cos⁡θ , y=r(ϕ)sin⁡θ)\big(x=r(\phi)\cos\theta\,,\,y=r(\phi)\sin\theta\big) 는 x2+y2≤1x^2+y^2\le1 전체를 덮는다.

(e) 예. 다음에 주목한다.

  • (−2−z2sin⁡ϕ)2+(2−z2cos⁡ϕ)2+(z)2=2\big(-\sqrt{2-z^2}\sin \phi\big)^2 +\big(\sqrt{2-z^2}\cos \phi\big)^2 +\big(z\big)^2=2
  • 1≤z≤21\le z\le\sqrt{2} 일 때 당연히 z>0z>0 이다.
  • zz 가 11 에서 2\sqrt{2} 까지 변할 때 r(z)=2−z2r(z)=\sqrt{2-z^2} 는 11 에서 00 까지 변하므로, zz 가 11 에서 2\sqrt{2} 까지, ϕ\phi 가 00 에서 2π2\pi 까지 변할 때 (x=−r(z)sin⁡ϕ , y=r(z)cos⁡ϕ)\big(x=-r(z)\sin\phi\,,\,y=r(z)\cos\phi\big) 는 x2+y2≤1x^2+y^2\le1 전체를 덮는다.
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# 매개변수 곡면계산보통자동 분류
CLP-4 Vector Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)

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