문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 벡터 미적분

선적분

곡선을 따라 스칼라 함수와 벡터장을 적분한다(일·순환·플럭스)

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 · 1번대학 수준우리말 번역

반시계 방향으로 꼭짓점이 (0,0)(0,0), (1,0)(1,0), (1,1)(1,1), (0,1)(0,1) 인 정사각형을 따라 ∫Cx2y2 dx+x3y dy\int_\mathcal{C} x^2y^2\,\mathrm{d}x+x^3y\,\mathrm{d}y 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫Cx2y2 dx+x3y dy\int_\mathcal{C} x^2y^2\,\mathrm{d}x+x^3y\,\mathrm{d}y counterclockwise around the square with vertices (0,0)(0,0), (1,0)(1,0), (1,1)(1,1) and (0,1)(0,1).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

정사각형은 네 변을 가지며, 각 변은 선분이다.

  • 첫 번째 변에서는 y=0y=0 이고 dy=0\mathrm{d}y=0 이다. 즉, 첫 번째 변은 0≤x≤10\le x\le 1 에서 r(x)=x ı^\mathbf{r}(x)=x\,\hat{\boldsymbol{\imath}} 로 매개화할 수 있다.
  • 두 번째 변에서는 x=1x=1 이고 dx=0\mathrm{d}x=0 이다. 두 번째 변은 0≤y≤10\le y\le 1 에서 r(y)=ı^+y ȷ^\mathbf{r}(y)=\hat{\boldsymbol{\imath}}+y\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} 로 매개화할 수 있다.
  • 세 번째 변에서는 y=1y=1 이고 dy=0\mathrm{d}y=0 이다. 세 번째 변은 xx 가 11 에서 00 까지 변하는 r(x)=x ı^+ȷ^\mathbf{r}(x)=x\,\hat{\boldsymbol{\imath}}+\hat{\boldsymbol{\jmath}} 로 매개화할 수 있다.
  • 마지막 변에서는 x=0x=0 이고 dx=0\mathrm{d}x=0 이다. 네 번째 변은 yy 가 11 에서 00 까지 변하는 r(y)=y ȷ^\mathbf{r}(y)=y\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} 로 매개화할 수 있다.

그림

따라서

∫Cx2y2 dx+x3y dy=∫01x2×02 dx+∫0113×y dy+∫10x2×12 dx+∫1003×y dy=12−13=16\begin{aligned} \int_\mathcal{C} x^2y^2\,\mathrm{d}x+x^3y\,\mathrm{d}y &=\int_0^1 x^2\times 0^2\,\mathrm{d}x +\int_0^1 1^3\times y\,\mathrm{d}y +\int_1^0 x^2\times 1^2\,\mathrm{d}x +\int_1^0 0^3\times y\,\mathrm{d}y \\ &=\frac{1}{2}-\frac{1}{3} =\frac{1}{6} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The square has four sides, each of which is a line segment.

  • On the first side, y=0y=0 and dy=0\mathrm{d}y=0. That is, we may parametrize the first side by r(x)=x ı^\mathbf{r}(x)=x\,\hat{\boldsymbol{\imath}} with 0≤x≤10\le x\le 1.
  • On the second side, x=1x=1 and dx=0\mathrm{d}x=0. We may parametrize the second side by r(y)=ı^+y ȷ^\mathbf{r}(y)=\hat{\boldsymbol{\imath}}+y\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} with 0≤y≤10\le y\le 1.
  • On the third side, y=1y=1 and dy=0\mathrm{d}y=0. We may parametrize the third side by r(x)=x ı^+ȷ^\mathbf{r}(x)=x\,\hat{\boldsymbol{\imath}}+\hat{\boldsymbol{\jmath}} with xx running from 11 to 00.
  • On the final side, x=0x=0 and dx=0\mathrm{d}x=0. We may parametrize the fourth side by r(y)=y ȷ^\mathbf{r}(y)=y\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} with yy running from 11 to 00.

figure

So

∫Cx2y2 dx+x3y dy=∫01x2×02 dx+∫0113×y dy+∫10x2×12 dx+∫1003×y dy=12−13=16\begin{aligned} \int_\mathcal{C} x^2y^2\,\mathrm{d}x+x^3y\,\mathrm{d}y &=\int_0^1 x^2\times 0^2\,\mathrm{d}x +\int_0^1 1^3\times y\,\mathrm{d}y +\int_1^0 x^2\times 1^2\,\mathrm{d}x +\int_1^0 0^3\times y\,\mathrm{d}y \\ &=\frac{1}{2}-\frac{1}{3} =\frac{1}{6} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-4 · 2.4절 · 34번
# 선적분계산기본자동 분류
CLP-4 Vector Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
2.CLP-4 · 2.4절 · 3번대학 수준우리말 번역

φ(x,y,z)=ex2+y2+cos⁡(z2)\varphi(x,y,z)=e^{x^2+y^2}+\cos(z^2) 이라 하고, F=∇φ\mathbf{F} = { \boldsymbol{\nabla} } \varphi 로 정의하자. 중심이 (1,2,3)(1,2,3) 이고 점 (5−1,−2,5−3)(\sqrt5-1,-2,\sqrt5-3), ((5−2)/2,−1/2,(5−6)/2)((\sqrt5-2)/2,-1/2,(\sqrt5-6)/2), (−2,3−2,3−3)(-2,\sqrt 3-2,\sqrt3-3) 을 지나며 시계 방향으로 도는 타원인 닫힌 곡선 CC 에 대하여 ∫CF⋅dr\int_C\mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Let φ(x,y,z)=ex2+y2+cos⁡(z2)\varphi(x,y,z)=e^{x^2+y^2}+\cos(z^2), and define F=∇φ\mathbf{F} = { \boldsymbol{\nabla} } \varphi. Evaluate ∫CF⋅dr\int_C\mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r} over the closed curve CC that is an ellipse traversed clockwise, centred at (1,2,3)(1,2,3), passing through the points (5−1,−2,5−3)(\sqrt5-1,-2,\sqrt5-3), ((5−2)/2,−1/2,(5−6)/2)((\sqrt5-2)/2,-1/2,(\sqrt5-6)/2), and (−2,3−2,3−3)(-2,\sqrt 3-2,\sqrt3-3).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

F\mathbf{F} 는 보존적이므로 임의의 닫힌 곡선 CC 에 대하여 ∫CF⋅dr=0\int_C\mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r}=0 이다. 주어진 곡선은 닫힌 곡선이므로 적분값은 단순히 0이다.

원본 교재 풀이(영어)

Since F\mathbf{F} is conservative, ∫CF⋅dr=0\int_C\mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r}=0 over any closed curve CC. The given curve is closed, so the integral is simply zero.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-4 · 2.4절 · 1번
# 선적분계산기본자동 분류
CLP-4 Vector Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
3.CLP-4 · 2.4절 · 8번대학 수준우리말 번역

힘의 장 F=(x+y)ı^+(x−z)ȷ^+(z−y)k^\mathbf{F}=(x+y)\hat{\boldsymbol{\imath}}+(x-z)\hat{\boldsymbol{\jmath}}+(z-y)\hat{\mathbf{k}} 가 물체를 (1,0,−1)(1,0,-1) 에서 (0,−2,3)(0,-2,3) 까지 움직일 때 한 일 ∫CF⋅dr\int_\mathcal{C}\mathbf{F}\cdot \mathrm{d}\mathbf{r} 을 구하세요. 한 일은 (1,0,−1)(1,0,-1) 에서 (0,−2,3)(0,-2,3) 까지 가는 데 사용한 경로에 따라 달라지나요?

영어 원문 보기

Find the work, ∫CF⋅dr\int_\mathcal{C}\mathbf{F}\cdot \mathrm{d}\mathbf{r}, done by the force field F=(x+y)ı^+(x−z)ȷ^+(z−y)k^\mathbf{F}=(x+y)\hat{\boldsymbol{\imath}}+(x-z)\hat{\boldsymbol{\jmath}}+(z-y)\hat{\mathbf{k}} in moving an object from (1,0,−1)(1,0,-1) to (0,−2,3)(0,-2,3). Does the work done depend on the path used to get from (1,0,−1)(1,0,-1) to (0,−2,3)(0,-2,3)?

정답·풀이 보기

여기서 핵심은 F\mathbf{F} 가 보존장이라는 것이다.

F=∇ϕ\mathbf{F}=\nabla\phi 이고

ϕ=x22+yx−yz+z22\phi=\frac{x^2}{2}+yx-yz+\frac{z^2}{2}

이다. 따라서 r(t0)=(1,0,−1)\mathbf{r}(t_0)=(1,0,-1) 에서 r(t1)=(0,−2,3)\mathbf{r}(t_1)=(0,-2,3) 까지의 모든 경로에 대해

∫CF⋅dr=ϕ(r(t1))−ϕ(r(t0))=ϕ(0,−2,3)−ϕ(1,0,−1)=[0+0+6+92]−[12+0−0+12]=912\begin{aligned} \int_\mathcal{C}\mathbf{F}\cdot \mathrm{d}\mathbf{r} =\phi\big(\mathbf{r}(t_1)\big)-\phi\big(\mathbf{r}(t_0)\big) &=\phi(0, -2, 3)-\phi(1,0,-1) \\ &=\left[0+0+6+\frac{9}{2}\right]-\left[\frac{1}{2}+0-0+\frac{1}{2}\right] \\ &=9\frac{1}{2} \end{aligned}

.

원본 교재 풀이(영어)

The point here is that F\mathbf{F} is conservative, as F=∇ϕ\mathbf{F}=\nabla\phi with

ϕ=x22+yx−yz+z22\phi=\frac{x^2}{2}+yx-yz+\frac{z^2}{2}

So, for all paths from r(t0)=(1,0,−1)\mathbf{r}(t_0)=(1,0,-1) to r(t1)=(0,−2,3)\mathbf{r}(t_1)=(0,-2,3),

∫CF⋅dr=ϕ(r(t1))−ϕ(r(t0))=ϕ(0,−2,3)−ϕ(1,0,−1)=[0+0+6+92]−[12+0−0+12]=912\begin{aligned} \int_\mathcal{C}\mathbf{F}\cdot \mathrm{d}\mathbf{r} =\phi\big(\mathbf{r}(t_1)\big)-\phi\big(\mathbf{r}(t_0)\big) &=\phi(0, -2, 3)-\phi(1,0,-1) \\ &=\left[0+0+6+\frac{9}{2}\right]-\left[\frac{1}{2}+0-0+\frac{1}{2}\right] \\ &=9\frac{1}{2} \end{aligned}

.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-4 · 2.4절 · 3번
# 선적분계산기본자동 분류
CLP-4 Vector Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)