유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
4문제 · 1 / 1쪽
1.CLP-4 · 2.1절 · 7번대학 수준우리말 번역
친절한(?) 벌들이 사방에서 여러분의 얼굴을 향해 날아옵니다. 각 벌의 속력은 여러분의 얼굴까지의 거리에 반비례합니다. 벌 떼의 속도에 대한 벡터장을 구하세요.
영어 원문 보기
Friendly (?) bees fly towards your face from all directions. The speed of each bee is inversely proportional to its distance from your face. Find a vector field for the velocity of the swarm.
정답·풀이 보기
얼굴이 좌표계의 원점 (0,0,0) 에 있도록 잡는다. 위치 (x,y,z) 에 있는 벌은 얼굴에서 x2+y2+z2 만큼 떨어져 있으며, (−x,−y,−z) 방향으로 향한다. 따라서 벌 한 마리의 진행 방향을 나타내는 단위벡터는 x2+y2+z2−1(x,y,z) 이다. 이제 속도 벡터의 크기, 즉 벌의 속력만 구하면 된다.
친절한 벌의 속력은 얼굴까지의 거리인 x2+y2+z2 에 반비례한다. (여러분에게 더 가까이 있는 벌일수록 더 흥분해서 윙윙거리며 날아온다.) 따라서 속력은 어떤 상수 α 에 대해 x2+y2+z2α 이다.
벌의 속도는 단위벡터 x2+y2+z2−1(x,y,z) 의 방향을 가지고, 어떤 양의 상수 α 에 대해 크기가 x2+y2+z2α 이다. 즉,
v(x,y,z)=−x2+y2+z2α(x,y,z)
원본 교재 풀이(영어)
Set your face to be at the origin of our coordinate system, (0,0,0). A bee at position (x,y,z) is a distance of x2+y2+z2 from your face, heading in the direction (−x,−y,−z). So, the unit vector indicating the direction of travel of one bee is x2+y2+z2−1(x,y,z). Now all we need to find is the length of the velocity vector, i.e. the speed of the bee.
The speed of the friendly bee is inversely proportional to x2+y2+z2, its distance from your face. (Bees that are closer to you are buzzing towards you more excitedly.) So, the speed is given by x2+y2+z2α for some constant α.
The bee velocity has the direction of the unit vector x2+y2+z2−1(x,y,z) with length x2+y2+z2α for some positive constant α. That is,
v(x,y,z)=−x2+y2+z2α(x,y,z)
In polar coordinates, this is dS=a2−r2ardrdθ.
We are to find the surface area of the part of the hemisphere that is
inside the cylinder, x2−ax+y2=0, which in polar coordinates
becomes r2−arcosθ=0 or r=acosθ. The top half of the domain of
integration is sketched below.
그림에서 0≤θ≤π 임을 알 수 있다.
원뿔 z2=x2+y2=r2 (즉 z=±r)
과 원기둥 r=2asinθ 는
z2=r2=4a2sin2θ 에서 만난다.
따라서 각각의 고정된 θ 에 대해 z 는 −2asinθ 에서 z=+2asinθ 까지 변한다.
(위 오른쪽 그림을 보라. θ 가 상수인 단면을 나타낸 것이다.) 마지막으로,
We still have to determine the limits of integration.
The figure on the left below provides a top view of the cylinder.
From it we see that 0≤θ≤π.
The cone z2=x2+y2=r2 (i.e. z=±r)
and the cylinder r=2asinθ intersect at
z2=r2=4a2sin2θ.
So, for each fixed θ, z runs from −2asinθ to z=+2asinθ.
(See the figure on the right above. It shows a constant θ
cross-section.) Finally,