유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
3문제 · 1 / 1쪽
1.CLP-4 · 2.4절 · 35번대학 수준우리말 번역
질량 m=1 인 입자가 시각 t=0 에서 위치 r0=^ 와 속도 v0=^+k^ 를 가진다. 이 입자는 힘 F(t)=^−sintk^ 를 받아 움직인다. 여기서 t 는 시각을 나타낸다.
(a) 입자의 위치 r(t) 를 t 의 함수로 구하세요.
(b) 시각 t=0 이후 입자가 평면 x=π/2 를 처음으로 지날 때의 위치 r1 을 구하세요.
(c) 입자를 r0 에서 r1 까지 움직이는 동안 F 가 한 일을 구하세요.
영어 원문 보기
A particle of mass m=1 has position r0=^ and velocity
v0=^+k^ at time t=0. The particle moves under a force
F(t)=^−sintk^, where t denotes time.
(a) Find the position r(t) of the particle as a function of t.
(b) Find the position r1 of the particle when it crosses the plane
x=π/2 for the first time after time t=0.
(c) Determine the work done by F in moving the particle from r0 to
r1.
정답·풀이 보기
(a) m=1 이므로 뉴턴의 운동 법칙에 의해
a(t)=v′(t)=F(t)=^−sintk^
이다. 적분하면
v(t)=t^+costk^+c
이다. 여기서 c 는 어떤 상수 벡터이다. v(0)=^+k^ 이므로 c=^ 이고, 따라서
r′(t)=v(t)=^+t^+costk^
이다. 다시 적분하면
r(t)=t^+2t2^+sintk^+c
이다. 여기서 c 는 (새로운) 어떤 상수 벡터이다. r(0)=^ 이므로 c=^ 이고, 따라서
매끄러운 곡면 S 가 평면 z=0 위쪽에 놓여 있고, 평면 z=0 위의 원 x2+y2=4y 를 경계로 가진다. 이 원은 또한 그 평면 위의 원판 D 의 경계이기도 하다. S 와 D 로 둘러싸인 3차원 영역 R 의 부피는 10 세제곱단위이다.
F(x,y,z)=(x+x2y)^+(y−xy2)^+(z+2x+3y)k^
의 R 에서 바깥쪽 방향으로 S 를 지나는 플럭스를 구하세요.
영어 원문 보기
A smooth surface S lies above the plane z=0 and has
as its boundary the circle x2+y2=4y in the plane z=0. This circle
also bounds a disk D in that plane. The volume of the 3-dimensional region
R bounded by S and D is 10 cubic units. Find the flux of
F(x,y,z)=(x+x2y)^+(y−xy2)^+(z+2x+3y)k^
through S in the direction outward from R.
답 쓰고 채점
정답·풀이 보기
원 x2+y2=4y, 즉 x2+(y−2)2=4 는 반지름이 2 이고 중심이 (0,2) 이다.
아랫면에서는 z=0 이고
바깥쪽 법선벡터는 −k^ 이므로
∬DF⋅n^dS=−∬DF⋅k^dxdy=−∬D(2x+3y)dxdy
이다.
대칭성에 의해 원판의 무게중심 (xˉ,yˉ) 는
(0,2) 이다. 여기서 xˉ 와 yˉ 는 평균값
xˉ=∬Ddxdy∬Dxdxdyyˉ=∬Ddxdy∬Dydxdy
이며, 각각 D 위에서 x 와 y 의 평균값이다.
원판 D 의 넓이가 4π 이므로
∬Dxdxdy=4πxˉ=0∬Dydxdy=4πyˉ=8π
이고
∬DF⋅n^dS=−4π(2xˉ+3yˉ)=−4π(2×0+3×2)=−24π
이다.
또한
The circle x2+y2=4y, or equivalently, x2+(y−2)2=4, has radius
2 and centre (0,2).
On the bottom surface, z=0 and
the outward normal is −k^, so that
∬DF⋅n^dS=−∬DF⋅k^dxdy=−∬D(2x+3y)dxdy
By symmetry, the centre of mass, (xˉ,yˉ), of the circle
is (0,2). Here xˉ and yˉ are the average values
이 S 를 아래쪽으로 통과하는 선속을 구하세요.
(c) 벡터장 F 의 회전이 ∇×F=x^+y^−2zk^ 이다.
xz평면 위에서 벡터장 F 는 상수이며 F(x,0,z)=^ 이다. 이 정보를 이용하여
∫CF⋅dr,
의 값을 구하세요. 여기서 C 는 반원
x2+y2=1,z=1,y≥0
이며 (−1,0,1) 에서 (1,0,1) 로 향하는 방향이다.
영어 원문 보기
Let S be the part of the half cone
z=x2+y2,y≥0,
that lies below the plane z=1.
(a) Find a parametrization for S.
(b) Calculate the flux of the velocity field
v=x^+y^−2zk^
downward through S.
(c) A vector field F has curl ∇×F=x^+y^−2zk^.
On the xz-plane, the vector field F is constant with F(x,0,z)=^. Given this information, calculate
(c) Solution 1:
Let P be the path along line segments from (1,0,1) to (0,0,0)
and from (0,0,0) to (−1,0,1). Here is a sketch. P is
in blue.
Then
∫CF⋅dr+∫PF⋅dr=∬S∇×F⋅n^dS
by Stokes' Theorem. Along P, the vector field F is orthogonal
to the curve so that ∫PF⋅dr=0. Note that
∇×F is the vector field v from part (b).
Thus
∫CF⋅dr=∬Sv⋅n^dS=π
(c) Solution 2:
Let L be the line segment from (1,0,1) to (−1,0,1) and
let
R={(x,y,z)}x2+y2≤1,y≥0,z=1
Here is a sketch. L is in blue and R is shaded.
Then
∫CF⋅dr+∫LF⋅dr=∬R∇×F⋅(−k^)dS
by Stokes' Theorem. Along L, the vector field F=^ is orthogonal
to the curve (which has direction −^ so that ∫LF⋅dr=0. Note that
∇×F is the vector field v from part (b).
Thus