문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 벡터와 공간

호의 길이와 곡률

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

OpenStax 3권 · 3.3절 · 20번대학 수준우리말 번역

주어진 구간에서 곡선의 길이를 구하세요.

r(t)=3ti+5t2j+2tk\text{r}(t)=3t\text{i}+5{t}^{2}\text{j}+2t\text{k} 에 대하여 단위접선벡터 T(t)\text{T}(t) 를 구하세요.

영어 원문 보기

Find the arc length of the curve on the given interval.

Find the unit tangent vector T(t)\text{T}(t) for r(t)=3ti+5t2j+2tk\text{r}(t)=3t\text{i}+5{t}^{2}\text{j}+2t\text{k}

정답·풀이 보기

T(t)=1100t2+13(3i+10tj+2k)\text{T}(t)=\frac{1}{\sqrt{100{t}^{2}+13}}(3\text{i}+10t\text{j}+2\text{k})

원본 교재 풀이(영어)

T(t)=1100t2+13(3i+10tj+2k)\text{T}(t)=\frac{1}{\sqrt{100{t}^{2}+13}}(3\text{i}+10t\text{j}+2\text{k})

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-4 · 1.3절 · 12번우리말 번역

곡선

x(θ)=∫0θcos⁡(12πt2)dty(θ)=∫0θsin⁡(12πt2)dtx(\theta)=\int_0^\theta \cos\big(\tfrac{1}{2}\pi t^2\big)dt\quad \quad y(\theta)=\int_0^\theta \sin\big(\tfrac{1}{2}\pi t^2\big)dt

에 대해 곡률 κ\kappa 를 호의 길이 ss ((0,0)(0,0) 에서부터 잰 길이)의 함수로 나타내세요.

다 풀었으면 정답 확인

속도 벡터는

v(θ)=x′(θ) ı^+y′(θ) ȷ^=cos⁡(12πθ2) ı^+sin⁡(12πθ2) ȷ^\mathbf{v}(\theta)=x'(\theta)\,\hat{\boldsymbol{\imath}}+y'(\theta)\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} = \cos\big(\tfrac{1}{2}\pi\theta^2\big)\,\hat{\boldsymbol{\imath}} + \sin\big(\tfrac{1}{2}\pi\theta^2\big)\,\hat{\boldsymbol{\jmath}}

이다. 따라서 속력은

dsdθ(θ)=∣v(θ)∣=1  ⟹  s(θ)=θ+s(0)\frac{\mathrm{d}s}{\mathrm{d}\theta}(\theta)= |\mathbf{v}(\theta)|=1 \implies s(\theta)=\theta+s(0)

이다. θ=0\theta=0 일 때 s(θ)s(\theta) 가 0 이므로 s(θ)=θs(\theta)=\theta 이고, 따라서

T^(s)=v(s)=cos⁡(12πs2) ı^+sin⁡(12πs2) ȷ^\hat{\mathbf{T}}(s)=\mathbf{v}(s) = \cos\big(\tfrac{1}{2}\pi s^2\big)\,\hat{\boldsymbol{\imath}} + \sin\big(\tfrac{1}{2}\pi s^2\big)\,\hat{\boldsymbol{\jmath}}

이므로

κ(s)=∣dT^ds(s)∣=∣−πssin⁡(12πs2) ı^+πscos⁡(12πs2) ȷ^∣=πs\kappa (s)=\left|\frac{\mathrm{d}\hat{\mathbf{T}}}{\mathrm{d}s}(s)\right| =\big|-\pi s\sin\big(\tfrac{1}{2}\pi s^2\big)\,\hat{\boldsymbol{\imath}} +\pi s \cos\big(\tfrac{1}{2}\pi s^2\big)\,\hat{\boldsymbol{\jmath}}\big| =\pi s

이다.

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# 호의 길이와 곡률계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 3 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)

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