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벡터와 공간 전체 문제

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유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

35문제 · 1 / 2쪽

1.CLP-3 · 1.1절 · 1번대학 수준우리말 번역

R3\mathbb{R}^3 에서 다음을 만족하는 모든 점 (x,y,z)(x,y,z) 의 집합을 설명하세요.

(a) x2+y2+z2=2x−4y+4x^2 +y^2+z^2= 2x-4y+4 (b) x2+y2+z2<2x−4y+4x^2 +y^2+z^2< 2x-4y+4

영어 원문 보기

Describe the set of all points (x,y,z)(x,y,z) in R3\mathbb{R}^3 that satisfy

(a) x2+y2+z2=2x−4y+4x^2 +y^2+z^2= 2x-4y+4 (b) x2+y2+z2<2x−4y+4x^2 +y^2+z^2< 2x-4y+4

정답·풀이 보기

(a) 점 (x,y,z)(x,y,z) 가 x2+y2+z2=2x−4y+4x^2 +y^2+z^2= 2x-4y+4 를 만족하는 것은 x2−2x+y2+4y+z2=4x^2-2x +y^2+4y+z^2= 4 를 만족하는 것과 필요충분조건이고, 이는 (x−1)2+(y+2)2+z2=9(x-1)^2 +(y+2)^2+z^2=9 와 같다. (x−1)2+(y+2)2+z2\sqrt{(x-1)^2 +(y+2)^2+z^2} 은 (1,−2,0)(1, -2, 0) 에서 (x,y,z)(x,y,z) 까지의 거리이므로, 점이 주어진 방정식을 만족하는 것은 (1,−2,0)(1,-2,0) 으로부터의 거리가 3인 것과 필요충분조건이다. 따라서 구하는 집합은 (1,−2,0)(1,-2,0) 을 중심으로 하고 반지름이 3인 구이다.

(b) (a)와 같이, x2+y2+z2<2x−4y+4x^2 +y^2+z^2< 2x-4y+4 인 것은 (x−1)2+(y+2)2+z2<9(x-1)^2 +(y+2)^2+z^2<9 인 것과 필요충분조건이다. 따라서 점이 주어진 부등식을 만족하는 것은 (1,−2,0)(1,-2,0) 으로부터의 거리가 3보다 엄밀히 작은 것과 필요충분조건이다. 구하는 집합은 (1,−2,0)(1,-2,0) 을 중심으로 하고 반지름이 3인 구의 내부이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) The point (x,y,z)(x,y,z) satisfies x2+y2+z2=2x−4y+4x^2 +y^2+z^2= 2x-4y+4 if and only if it satisfies x2−2x+y2+4y+z2=4x^2-2x +y^2+4y+z^2= 4, or equivalently (x−1)2+(y+2)2+z2=9(x-1)^2 +(y+2)^2+z^2=9 . Since (x−1)2+(y+2)2+z2\sqrt{(x-1)^2 +(y+2)^2+z^2} is the distance from (1,−2,0)(1, -2, 0) to (x,y,z)(x,y,z), our point satisfies the given equation if and only if its distance from (1,−2,0)(1,-2,0) is three. So the set is the sphere of radius 3 centered on (1,−2,0)(1,-2,0).

(b) As in part (a), x2+y2+z2<2x−4y+4x^2 +y^2+z^2< 2x-4y+4 if and only if (x−1)2+(y+2)2+z2<9(x-1)^2 +(y+2)^2+z^2<9 . Hence our point satifies the given inequality if and only if its distance from (1,−2,0)(1,-2,0) is strictly smaller than three. The set is the interior of the sphere of radius 3 centered on (1,−2,0)(1,-2,0).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 2.2절 · 15번
# 공간좌표계산기본자동 분류
2.CLP-3 · 1.1절 · 2번대학 수준우리말 번역

R2\mathbb{R}^2 에서 다음을 만족하는 모든 점 (x,y)(x,y) 의 집합을 설명하고 그래프를 그리세요.

(a) x=yx=y (b) x+y=1x+y=1 (c) x2+y2=4x^2+y^2=4 (d) x2+y2=2yx^2+y^2=2y (e) x2+y2<2yx^2+y^2<2y

영어 원문 보기

Describe and sketch the set of all points (x,y)(x,y) in R2\mathbb{R}^2 that satisfy

(a) x=yx=y (b) x+y=1x+y=1 (c) x2+y2=4x^2+y^2=4 (d) x2+y2=2yx^2+y^2=2y (e) x2+y2<2yx^2+y^2<2y

정답·풀이 보기

(a) x=yx=y 는 직선이고 두 점 (0,0)(0,0) 과 (1,1)(1,1) 을 지난다. 따라서 원점을 지나고 xx 축 및 yy 축과 45∘45^\circ 의 각을 이루는 직선이다. 아래 왼쪽 그림에 그려져 있다.

그림

그림

(b) x+y=1x+y=1 은 두 점 (1,0)(1,0) 과 (0,1)(0,1) 을 지나는 직선이다. 위 오른쪽 그림에 그려져 있다.

(c) x2+y2x^2+y^2 은 (0,0)(0,0) 에서 (x,y)(x,y) 까지의 거리의 제곱이다. 따라서 x2+y2=4x^2+y^2=4 는 중심이 (0,0)(0,0) 이고 반지름이 2인 원이다. 아래 왼쪽 그림에 그려져 있다.

그림

그림

(d) 방정식 x2+y2=2yx^2+y^2=2y 는 x2+(y−1)2=1x^2+(y-1)^2=1 과 같다. x2+(y−1)2x^2+(y-1)^2 은 (0,1)(0,1) 에서 (x,y)(x,y) 까지의 거리의 제곱이므로, x2+(y−1)2=1x^2+(y-1)^2=1 은 중심이 (0,1)(0,1) 이고 반지름이 1인 원이다. 위 오른쪽 그림에 그려져 있다.

(e) (d)와 같이,

x2+y2<2y  ⟺  x2+y2−2y<0  ⟺  x2+y2−2y+1<1  ⟺  x2+(y−1)2<1x^2+y^2<2y \iff x^2+y^2-2y<0 \iff x^2+y^2-2y+1<1 \iff x^2+(y-1)^2<1

이다. x2+(y−1)2x^2+(y-1)^2 은 (0,1)(0,1) 에서 (x,y)(x,y) 까지의 거리의 제곱이므로, x2+(y−1)2<1x^2+(y-1)^2<1 은 (0,1)(0,1) 로부터의 거리가 11 보다 엄밀하게 작은 점들의 집합이다. 즉, 중심이 (0,1)(0,1) 이고 반지름이 1인 원의 엄밀하게 안쪽에 있는 점들의 집합이다. 이 집합은 아래 그림에서 색칠한 부분(점선으로 그린 원은 포함하지 않음)이다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

(a) x=yx=y is a straight line and passes through the points (0,0)(0,0) and (1,1)(1,1). So it is the straight line through the origin that makes an angle 45∘45^\circ with the xx– and yy–axes. It is sketched in the figure on the left below.

figure

figure

(b) x+y=1x+y=1 is the straight line through the points (1,0)(1,0) and (0,1)(0,1). It is sketched in the figure on the right above.

(c) x2+y2x^2+y^2 is the square of the distance from (0,0)(0,0) to (x,y)(x,y). So x2+y2=4x^2+y^2=4 is the circle with centre (0,0)(0,0) and radius 2. It is sketched in the figure on the left below.

figure

figure

(d) The equation x2+y2=2yx^2+y^2=2y is equivalent to x2+(y−1)2=1x^2+(y-1)^2=1. As x2+(y−1)2x^2+(y-1)^2 is the square of the distance from (0,1)(0,1) to (x,y)(x,y), x2+(y−1)2=1x^2+(y-1)^2=1 is the circle with centre (0,1)(0,1) and radius 1. It is sketched in the figure on the right above.

(e) As in part (d),

x2+y2<2y  ⟺  x2+y2−2y<0  ⟺  x2+y2−2y+1<1  ⟺  x2+(y−1)2<1x^2+y^2<2y \iff x^2+y^2-2y<0 \iff x^2+y^2-2y+1<1 \iff x^2+(y-1)^2<1

As x2+(y−1)2x^2+(y-1)^2 is the square of the distance from (0,1)(0,1) to (x,y)(x,y), x2+(y−1)2<1x^2+(y-1)^2<1 is the set of points whose distance from (0,1)(0,1) is strictly less than 11. That is, it is the set of points strictly inside the circle with centre (0,1)(0,1) and radius 1. That set is the shaded region (not including the dashed circle) in the sketch below.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.1절 · 3번
# 공간좌표그래프·표 해석기본자동 분류
3.CLP-3 · 1.1절 · 3번대학 수준우리말 번역

다음 조건을 만족하는 R3\mathbb{R}^3 의 모든 점 (x,y,z)(x,y,z) 의 집합을 설명하세요. 그 집합 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그래프를 그리세요.

(a) z=xz = x (b) x+y+z=1x + y + z = 1 (c) x2+y2+z2=4x^2 + y^2 + z^2 = 4 (d) x2+y2+z2=4x^2 + y^2 + z^2 = 4, z=1z = 1 (e) x2+y2=4x^2+y^2=4 (f) z=x2+y2z = x^2 + y^2

영어 원문 보기

Describe the set of all points (x,y,z)(x,y,z) in R3\mathbb{R}^3 that satisfy the following conditions. Sketch the part of the set that is in the first octant.

(a) z=xz = x (b) x+y+z=1x + y + z = 1 (c) x2+y2+z2=4x^2 + y^2 + z^2 = 4 (d) x2+y2+z2=4x^2 + y^2 + z^2 = 4, z=1z = 1 (e) x2+y2=4x^2+y^2=4 (f) z=x2+y2z = x^2 + y^2

정답·풀이 보기

(a) 고정된 각 y0y_0 에 대해 z=x, y=y0z=x,\ y=y_0 은 평면 y=y0y=y_0 위에 놓인 직선이다. (이 평면은 xx축과 zz축을 포함하는 평면과 평행하며, 그 평면으로부터의 거리가 y0y_0 이다.) 이 직선은 x=z=0x=z=0 인 점을 지나고 xyxy평면과 45∘45^\circ 의 각을 이룬다. 이러한 직선(y0=0y_0=0 인 경우)을 아래 그림에 그렸다. 집합 z=xz=x 는 y0y_0 의 모든 값에 대한 직선 z=x, y=y0z=x,\ y=y_0 들의 합집합이다. y0y_0 가 변함에 따라 z=x, y=y0z=x,\ y=y_0 은 yy축을 포함하고 xyxy평면과 45∘45^\circ 의 각을 이루는 평면을 훑는다. 다음은 이 평면 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그래프이다.

그림

(b) x+y+z=1x+y+z=1 은 세 점 (1,0,0)(1,0,0), (0,1,0)(0,1,0), (0,0,1)(0,0,1) 을 지나는 평면이다. 다음은 이 평면 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그래프이다.

그림

(c) x2+y2+z2x^2+y^2+z^2 은 (0,0,0)(0,0,0) 에서 (x,y,z)(x,y,z) 까지의 거리의 제곱이다. 따라서 x2+y2+z2=4x^2+y^2+z^2=4 는 (0,0,0)(0,0,0) 으로부터의 거리가 22 인 점들의 집합이다. 이것은 중심이 (0,0,0)(0,0,0) 이고 반지름이 2인 구이다. 다음은 이 구 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그래프이다.

그림

(d) x2+y2+z2=4x^2+y^2+z^2=4, z=1z=1 은, 즉 x2+y2=3x^2+y^2=3, z=1z=1 은, 평면 z=1z=1 과 중심이 (0,0,0)(0,0,0) 이고 반지름이 2인 구의 교집합이다. 이것은 평면 z=1z=1 위에 있고 중심이 (0,0,1)(0,0,1) 이며 반지름이 3\sqrt{3} 인 원이다. 이 원 중 제1팔분공간에 있는 부분은 다음 그림에서 굵게 표시된 사분원이다.

그림

(e) 고정된 각 z0z_0 에 대해 x2+y2=4x^2+y^2=4, z=z0z=z_0 은 평면 z=z0z=z_0 위에 있고 중심이 (0,0,z0)(0,0,z_0) 이며 반지름이 22 인 원이다. 따라서 x2+y2=4x^2+y^2=4 는 z0z_0 의 모든 가능한 값에 대한 x2+y2=4, z=z0x^2+y^2=4,\ z=z_0 들의 합집합이다. 이것은 수평인 원들이 수직으로 쌓인 것이며, zz축을 중심축으로 하고 반지름이 22 인 원기둥이다. 다음은 이 원기둥 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그래프이다.

그림

(f) 고정된 각 z0≥0z_0\ge 0 에 대해 곡선 z=x2+y2, z=z0z = x^2 + y^2,\ z=z_0 은 평면 z=z0z=z_0 위에 있고 중심이 (0,0,z0)(0,0,z_0) 이며 반지름이 z0\sqrt{z_0} 인 원이다. z=x2+y2z = x^2 + y^2 은 z0≥0z_0\ge 0 의 모든 가능한 값에 대한 z=x2+y2, z=z0z = x^2 + y^2,\ z=z_0 들의 합집합이므로, 수평인 원들이 수직으로 쌓인 것이다. 이 곡면과 yzyz평면의 교선은 포물선 z=y2z=y^2 이다. 다음은 이 포물면 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그래프이다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

(a) For each fixed y0y_0, z=x, y=y0z=x,\ y=y_0 is a straight line that lies in the plane, y=y0y=y_0 (which is parallel to the plane containing the xx and zz axes and is a distance y0y_0 from it). This line passes through x=z=0x=z=0 and makes an angle 45∘45^\circ with the xyxy–plane. Such a line (with y0=0y_0=0) is sketched in the figure below. The set z=xz=x is the union of all the lines z=x, y=y0z=x,\ y=y_0 with all values of y0y_0. As y0y_0 varies z=x, y=y0z=x,\ y=y_0 sweeps out the plane which contains the yy–axis and which makes an angle 45∘45^\circ with the xyxy–plane. Here is a sketch of the part of the plane that is in the first octant.

figure

(b) x+y+z=1x+y+z=1 is the plane through the points (1,0,0)(1,0,0), (0,1,0)(0,1,0) and (0,0,1)(0,0,1). Here is a sketch of the part of the plane that is in the first octant.

figure

(c) x2+y2+z2x^2+y^2+z^2 is the square of the distance from (0,0,0)(0,0,0) to (x,y,z)(x,y,z). So x2+y2+z2=4x^2+y^2+z^2=4 is the set of points whose distance from (0,0,0)(0,0,0) is 22. It is the sphere with centre (0,0,0)(0,0,0) and radius 2. Here is a sketch of the part of the sphere that is in the first octant.

figure

(d) x2+y2+z2=4x^2+y^2+z^2=4, z=1z=1 or equivalently x2+y2=3x^2+y^2=3, z=1z=1, is the intersection of the plane z=1z=1 with the sphere of centre (0,0,0)(0,0,0) and radius 2. It is a circle in the plane z=1z=1 that has centre (0,0,1)(0,0,1) and radius 3\sqrt{3}. The part of the circle in the first octant is the heavy quarter circle in the sketch

figure

(e) For each fixed z0z_0, x2+y2=4x^2+y^2=4, z=z0z=z_0 is a circle in the plane z=z0z=z_0 with centre (0,0,z0)(0,0,z_0) and radius 22. So x2+y2=4x^2+y^2=4 is the union of x2+y2=4, z=z0x^2+y^2=4,\ z=z_0 for all possible values of z0z_0. It is a vertical stack of horizontal circles. It is the cylinder of radius 22 centered on the zz–axis. Here is a sketch of the part of the cylinder that is in the first octant.

figure

(f) For each fixed z0≥0z_0\ge 0, the curve z=x2+y2, z=z0z = x^2 + y^2,\ z=z_0 is the circle in the plane z=z0z=z_0 with centre (0,0,z0)(0,0,z_0) and radius z0\sqrt{z_0}. As z=x2+y2z = x^2 + y^2 is the union of z=x2+y2, z=z0z = x^2 + y^2,\ z=z_0 for all possible values of z0≥0z_0\ge 0, it is a vertical stack of horizontal circles. The intersection of the surface with the yzyz–plane is the parabola z=y2z=y^2. Here is a sketch of the part of the paraboloid that is in the first octant.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 2.2절 · 17번
# 공간좌표그래프·표 해석기본자동 분류
4.CLP-3 · 1.1절 · 4번대학 수준우리말 번역

AA 를 점 (2,1,3)(2,1,3) 이라 하자.

(a) AA 에서 xyxy 평면까지의 거리를 구하세요. (b) AA 에서 xzxz 평면까지의 거리를 구하세요. (c) AA 에서 xx 축 위의 점 (x,0,0)(x,0,0) 까지의 거리를 구하세요. (d) xx 축 위의 점 중 AA 에 가장 가까운 점을 구하세요. (e) AA 에서 xx 축까지의 거리는 얼마인지 구하세요.

영어 원문 보기

Let AA be the point (2,1,3)(2,1,3).

(a) Find the distance from AA to the xyxy-plane. (b) Find the distance from AA to the xzxz-plane. (c) Find the distance from AA to the point (x,0,0)(x,0,0) on the xx-axis. (d) Find the point on the xx-axis that is closest to AA. (e) What is the distance from AA to the xx-axis?

답 쓰고 채점
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
정답·풀이 보기

(a) 임의의 점의 zz 좌표는 그 점에서 xyxy 평면까지의 부호 있는 거리이다. 따라서 (2,1,3)(2,1,3) 에서 xyxy 평면까지의 거리는 ∣3∣=3|3|=3 이다.

(b) 임의의 점의 yy 좌표는 그 점에서 xzxz 평면까지의 부호 있는 거리이다. 따라서 (2,1,3)(2,1,3) 에서 xzxz 평면까지의 거리는 ∣1∣=1|1|=1 이다.

(c) (2,1,3)(2,1,3) 에서 (x,0,0)(x,0,0) 까지의 거리는

(2−x)2+(1−0)2+(3−0)2=(x−2)2+10\sqrt{(2-x)^2 + (1-0)^2 + (3-0)^2} = \sqrt{(x-2)^2 + 10}

이다.

(d) (x−2)2≥0(x-2)^2\ge 0 이므로 거리 (x−2)2+10\sqrt{(x-2)^2 + 10} 은 x=2x=2 일 때 최소이다. 다른 방법으로,

ddx(x−2)2+10=x−2(x−2)2+10=0  ⟺  x=2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \sqrt{(x-2)^2 + 10} =\frac{x-2}{\sqrt{(x-2)^2 + 10}} =0 &\iff x=2 \end{aligned}

이다. 따라서 xx 축 위의 점 중 AA 에 가장 가까운 점은 (2,0,0)(2,0,0) 이다.

(e) (2,0,0)(2,0,0) 이 xx 축 위의 점 중 (2,1,3)(2,1,3) 에 가장 가까운 점이므로, AA 에서 xx 축까지의 거리는

(2−2)2+(1−0)2+(3−0)2=12+32=10\sqrt{(2-2)^2 + (1-0)^2 + (3-0)^2} = \sqrt{1^2+3^2} = \sqrt{10}

이다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

(a) The zz coordinate of any point is the signed distance from the point to the xyxy-plane. So the distance from (2,1,3)(2,1,3) to the xyxy-plane is ∣3∣=3|3|=3.

(b) The yy coordinate of any point is the signed distance from the point to the xzxz-plane. So the distance from (2,1,3)(2,1,3) to the xzxz-plane is ∣1∣=1|1|=1.

(c) The distance from (2,1,3)(2,1,3) to (x,0,0)(x,0,0) is

(2−x)2+(1−0)2+(3−0)2=(x−2)2+10\sqrt{(2-x)^2 + (1-0)^2 + (3-0)^2} = \sqrt{(x-2)^2 + 10}

(d) Since (x−2)2≥0(x-2)^2\ge 0, the distance (x−2)2+10\sqrt{(x-2)^2 + 10} is minimized when x=2x=2. Alternatively,

ddx(x−2)2+10=x−2(x−2)2+10=0  ⟺  x=2\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \sqrt{(x-2)^2 + 10} =\frac{x-2}{\sqrt{(x-2)^2 + 10}} =0 &\iff x=2 \end{aligned}

So the point on the xx-axis that is closest to AA is (2,0,0)(2,0,0).

(e) As (2,0,0)(2,0,0) is the point on the xx-axis that is nearest (2,1,3)(2,1,3), the distance from AA to the xx-axis is

(2−2)2+(1−0)2+(3−0)2=12+32=10\sqrt{(2-2)^2 + (1-0)^2 + (3-0)^2} = \sqrt{1^2+3^2} = \sqrt{10}

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.1절 · 5번
# 공간좌표계산기본자동 분류
5.CLP-3 · 1.2절 · 1번대학 수준우리말 번역

a=<2,0>\mathbf{a}=\left< 2,0\right> , b=<1,1>\mathbf{b}=\left< 1,1\right> 라 하자. a+b, a+2b\mathbf{a}+\mathbf{b},\ \mathbf{a}+2\mathbf{b}, 2a−b2\mathbf{a}-\mathbf{b} 의 값을 구하고 그림으로 나타내세요.

영어 원문 보기

Let a=<2,0>\mathbf{a}=\left< 2,0\right> and b=<1,1>\mathbf{b}=\left< 1,1\right> . Evaluate and sketch a+b, a+2b\mathbf{a}+\mathbf{b},\ \mathbf{a}+2\mathbf{b} and 2a−b2\mathbf{a}-\mathbf{b}.

정답·풀이 보기

a+b=<3,1>\mathbf{a}+\mathbf{b}=\left< 3,1\right> , a+2b=<4,2>\mathbf{a}+2\mathbf{b}=\left< 4,2\right> , 2a−b=<3,−1>2\mathbf{a}-\mathbf{b}=\left< 3,-1\right>

그림

그림

그림

원본 교재 풀이(영어)

a+b=<3,1>\mathbf{a}+\mathbf{b}=\left< 3,1\right> , a+2b=<4,2>\mathbf{a}+2\mathbf{b}=\left< 4,2\right> , 2a−b=<3,−1>2\mathbf{a}-\mathbf{b}=\left< 3,-1\right>

figure

figure

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 10.2절 · 26번
# 벡터의 연산그래프·표 해석기본자동 분류
6.CLP-3 · 1.2절 · 2번대학 수준우리말 번역

주어진 점들이 한 직선 위에 있는지(즉, 공선인지) 판단하세요.

(a) (1,2,3), (0,3,7), (3,5,11)(1,2,3),\ (0,3,7),\ (3,5,11) (b) (0,3,−5), (1,2,−2), (3,0,4)(0,3,-5),\ (1,2,-2),\ (3,0,4)

영어 원문 보기

Determine whether or not the given points are collinear (that is, lie on a common straight line)

(a) (1,2,3), (0,3,7), (3,5,11)(1,2,3),\ (0,3,7),\ (3,5,11) (b) (0,3,−5), (1,2,−2), (3,0,4)(0,3,-5),\ (1,2,-2),\ (3,0,4)

정답·풀이 보기

세 점이 한 직선 위에 있으면, 첫째 점에서 둘째 점으로 향하는 벡터와 첫째 점에서 셋째 점으로 향하는 벡터는 모두 그 직선과 평행하므로 서로 평행해야 한다(즉, 서로의 배수여야 한다).

그림

(a) 벡터 <0,3,7>−<1,2,3>=<−1,1,4>\left< 0,3,7\right> -\left< 1,2,3\right> =\left< -1,1,4\right> 과 <3,5,11>−<1,2,3>=<2,3,8>\left< 3,5,11\right> -\left< 1,2,3\right> =\left< 2,3,8\right> 은 평행하지 않으므로(즉, 서로의 배수가 아니므로) 세 점은 한 직선 위에 있지 않다.

(b) 벡터 <1,2,−2>−<0,3,−5>=<1,−1,3>\left< 1,2,-2\right> -\left< 0,3,-5\right> =\left< 1,-1,3\right> 과 <3,0,4>−<0,3,−5>=<3,−3,9>\left< 3,0,4\right> -\left< 0,3,-5\right> =\left< 3,-3,9\right> 은 평행하므로(즉, 서로의 배수이므로) 세 점은 한 직선 위에 있다.

원본 교재 풀이(영어)

If three points are collinear, then the vector from the first point to the second point, and the vector from the first point to the third point must both be parallel to the line, and hence must be parallel to each other (i.e. must be multiples of each other).

figure

(a) The vectors <0,3,7>−<1,2,3>=<−1,1,4>\left< 0,3,7\right> -\left< 1,2,3\right> =\left< -1,1,4\right> and <3,5,11>−<1,2,3>=<2,3,8>\left< 3,5,11\right> -\left< 1,2,3\right> =\left< 2,3,8\right> are not parallel (i.e. are not multiples of each other), so the three points are not on the same line.

(b) The vectors <1,2,−2>−<0,3,−5>=<1,−1,3>\left< 1,2,-2\right> -\left< 0,3,-5\right> =\left< 1,-1,3\right> and <3,0,4>−<0,3,−5>=<3,−3,9>\left< 3,0,4\right> -\left< 0,3,-5\right> =\left< 3,-3,9\right> are parallel (i.e. are multiples of each other), so the three points are on the same line.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 10.2절 · 27번
# 벡터의 연산계산기본자동 분류
7.CLP-3 · 1.2절 · 6번대학 수준우리말 번역

a=<a1,a2>\mathbf{a}=\left< a_1,a_2\right> 라 하자. ı^\hat{\boldsymbol{\imath}} 와 ȷ^\hat{\boldsymbol{\jmath}} 위로의 a\mathbf{a} 의 정사영을 구하세요.

영어 원문 보기

Let a=<a1,a2>\mathbf{a}=\left< a_1,a_2\right>. Compute the projection of a\mathbf{a} on ı^\hat{\boldsymbol{\imath}} and ȷ^\hat{\boldsymbol{\jmath}}.

정답·풀이 보기

projı^a=(a⋅ı^)ı^=a1ı^\text{proj}_{\hat{\boldsymbol{\imath}}}\mathbf{a}=(\mathbf{a}\cdot\hat{\boldsymbol{\imath}})\hat{\boldsymbol{\imath}} =a_1\hat{\boldsymbol{\imath}} 이고 projȷ^a=(a⋅ȷ^)ȷ^=a2ȷ^\text{proj}_{\hat{\boldsymbol{\jmath}}}\mathbf{a}=(\mathbf{a}\cdot\hat{\boldsymbol{\jmath}})\hat{\boldsymbol{\jmath}} =a_2\hat{\boldsymbol{\jmath}} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

projı^a=(a⋅ı^)ı^=a1ı^\text{proj}_{\hat{\boldsymbol{\imath}}}\mathbf{a}=(\mathbf{a}\cdot\hat{\boldsymbol{\imath}})\hat{\boldsymbol{\imath}} =a_1\hat{\boldsymbol{\imath}} and projȷ^a=(a⋅ȷ^)ȷ^=a2ȷ^\text{proj}_{\hat{\boldsymbol{\jmath}}}\mathbf{a}=(\mathbf{a}\cdot\hat{\boldsymbol{\jmath}})\hat{\boldsymbol{\jmath}} =a_2\hat{\boldsymbol{\jmath}}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.2절 · 1번
# 벡터의 연산계산기본자동 분류
8.CLP-3 · 1.2절 · 7번대학 수준우리말 번역

세 꼭짓점이 (1,2,3), (4,0,5)(1,2,3),\ (4,0,5), (3,6,4)(3,6,4) 인 삼각형은 직각을 가지고 있나요?

영어 원문 보기

Does the triangle with vertices (1,2,3), (4,0,5)(1,2,3),\ (4,0,5) and (3,6,4)(3,6,4) have a right angle?

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

(1,2,3)(1,2,3) 에서 (4,0,5)(4,0,5) 로 향하는 벡터는 <3,−2,2>\left< 3,-2,2\right> 이다. (1,2,3)(1,2,3) 에서 (3,6,4)(3,6,4) 로 향하는 벡터는 <2,4,1>\left< 2,4,1\right> 이다. 이 두 벡터의 내적은 <3,−2,2>⋅<2,4,1>=0\left< 3,-2,2\right>\cdot\left< 2,4,1\right>=0 이므로 두 벡터는 수직이고, 따라서 이 삼각형은 직각을 가진다.

원본 교재 풀이(영어)

The vector from (1,2,3)(1,2,3) to (4,0,5)(4,0,5) is <3,−2,2>\left< 3,-2,2\right>. The vector from (1,2,3)(1,2,3) to (3,6,4)(3,6,4) is <2,4,1>\left< 2,4,1\right>. The dot product between these two vectors is <3,−2,2>⋅<2,4,1>=0\left< 3,-2,2\right>\cdot\left< 2,4,1\right>=0, so the vectors are perpendicular and the triangle does contain a right angle.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.2절 · 6번
# 벡터의 연산계산기본자동 분류
9.CLP-3 · 1.2절 · 8번대학 수준우리말 번역

벡터 a\mathbf{a} 와 b\mathbf{b} 로 결정되는 평행사변형의 넓이가 ∣a×b∣|\mathbf{a}\times \mathbf{b}| 임을 보이세요.

그림

영어 원문 보기

Show that the area of the parallelogram determined by the vectors a\mathbf{a} and b\mathbf{b} is ∣a×b∣|\mathbf{a}\times \mathbf{b}|.

figure

정답·풀이 보기

평행사변형의 넓이는 밑변의 길이와 높이의 곱이다.

그림

밑변을 a\mathbf{a} 로 잡을 수 있다. 그러면 θ\theta 가 변 a\mathbf{a} 와 b\mathbf{b} 사이의 각일 때, 높이는 ∣b∣sin⁡θ|\mathbf{b}|\sin\theta 이다. 따라서

area=∣a∣∣b∣sin⁡θ=∣a×b∣\text{area} = |\mathbf{a}||\mathbf{b}|\sin\theta=|\mathbf{a}\times\mathbf{b}|

원본 교재 풀이(영어)

The area of a parallelogram is the length of its base time its height.

figure

We can choose the base to be a\mathbf{a}. Then, if θ\theta is the angle between its sides a\mathbf{a} and b\mathbf{b}, its height is ∣b∣sin⁡θ|\mathbf{b}|\sin\theta. So

area=∣a∣∣b∣sin⁡θ=∣a×b∣\text{area} = |\mathbf{a}||\mathbf{b}|\sin\theta=|\mathbf{a}\times\mathbf{b}|

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.2절 · 13번
# 벡터의 연산증명·논술기본자동 분류
10.CLP-3 · 1.2절 · 9번대학 수준우리말 번역

벡터 a, b\mathbf{a},\ \mathbf{b}, c\mathbf{c} 로 정해지는 평행육면체의 부피가

∣a⋅(b×c)∣|\mathbf{a}\cdot(\mathbf{b}\times\mathbf{c})|

임을 보이세요.

그림

영어 원문 보기

Show that the volume of the parallelepiped determined by the vectors a, b\mathbf{a},\ \mathbf{b} and c\mathbf{c} is

∣a⋅(b×c)∣|\mathbf{a}\cdot(\mathbf{b}\times\mathbf{c})|

figure

정답·풀이 보기

평행육면체의 부피는 밑면의 넓이와 높이의 곱이다. 밑면을 벡터 b\mathbf{b} 와 c\mathbf{c} 로 정해지는 평행사변형으로 잡을 수 있다. 이 밑면의 넓이는 ∣b×c∣|\mathbf{b}\times\mathbf{c}| 이다. 벡터 b×c\mathbf{b}\times\mathbf{c} 는 밑면에 수직이다.

그림

a\mathbf{a} 와 밑면에 수직인 벡터 b×c\mathbf{b}\times\mathbf{c} 가 이루는 각을 θ\theta 라 하자. 평행육면체의 높이는 ∣a∣∣cos⁡θ∣|\mathbf{a}| |\cos\theta| 이다. 따라서

volume=∣a∣ ∣cos⁡θ∣ ∣b×c∣=∣a⋅(b×c)∣\text{volume} = |\mathbf{a}|\, |\cos\theta|\, |\mathbf{b}\times\mathbf{c}| =|\mathbf{a}\cdot(\mathbf{b}\times\mathbf{c})|

원본 교재 풀이(영어)

The volume of a parallelepiped is the area of its base time its height. We can choose the base to be the parallelogram determined by the vectors b\mathbf{b} and c\mathbf{c}. It has area ∣b×c∣|\mathbf{b}\times\mathbf{c}|. The vector b×c\mathbf{b}\times\mathbf{c} is perpendicular to the base.

figure

Denote by θ\theta the angle between a\mathbf{a} and the perpendicular b×c\mathbf{b}\times\mathbf{c}. The height of the parallelepiped is ∣a∣∣cos⁡θ∣|\mathbf{a}| |\cos\theta|. So

volume=∣a∣ ∣cos⁡θ∣ ∣b×c∣=∣a⋅(b×c)∣\text{volume} = |\mathbf{a}|\, |\cos\theta|\, |\mathbf{b}\times\mathbf{c}| =|\mathbf{a}\cdot(\mathbf{b}\times\mathbf{c})|

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 2장 복습 · 19번
# 벡터의 연산증명·논술기본자동 분류
11.CLP-3 · 1.2절 · 10번대학 수준우리말 번역

다음이 성립함을 직접 계산하여 확인하세요.

(a) ı^×ȷ^=k^\hat{\boldsymbol{\imath}}\times\hat{\boldsymbol{\jmath}}=\hat{\mathbf{k}}, ȷ^×k^=ı^\hat{\boldsymbol{\jmath}}\times\hat{\mathbf{k}}=\hat{\boldsymbol{\imath}}, k^×ı^=ȷ^\hat{\mathbf{k}}\times\hat{\boldsymbol{\imath}}=\hat{\boldsymbol{\jmath}} (b) a⋅(a×b)=b⋅(a×b)=0\mathbf{a}\cdot(\mathbf{a}\times\mathbf{b})=\mathbf{b}\cdot(\mathbf{a}\times\mathbf{b})=\mathbf{0}

영어 원문 보기

Verify by direct computation that

(a) ı^×ȷ^=k^\hat{\boldsymbol{\imath}}\times\hat{\boldsymbol{\jmath}}=\hat{\mathbf{k}}, ȷ^×k^=ı^\hat{\boldsymbol{\jmath}}\times\hat{\mathbf{k}}=\hat{\boldsymbol{\imath}}, k^×ı^=ȷ^\hat{\mathbf{k}}\times\hat{\boldsymbol{\imath}}=\hat{\boldsymbol{\jmath}} (b) a⋅(a×b)=b⋅(a×b)=0\mathbf{a}\cdot(\mathbf{a}\times\mathbf{b})=\mathbf{b}\cdot(\mathbf{a}\times\mathbf{b})=\mathbf{0}

정답·풀이 보기

(a)

ı^×ȷ^=det⁡[ı^ȷ^k^100010]=ı^(0×0−0×1)−ȷ^(1×0−0×0)+k^(1×1−0×0)=k^ȷ^×k^=det⁡[ı^ȷ^k^010001]=ı^(1×1−0×0)−ȷ^(0×1−0×0)+k^(0×0−1×0)=ı^k^×ı^=det⁡[ı^ȷ^k^001100]=ı^(0×0−1×0)−ȷ^(0×0−1×1)+k^(0×0−0×1)=ȷ^\begin{aligned} \hat{\boldsymbol{\imath}}\times\hat{\boldsymbol{\jmath}}&=\det\left[\begin{matrix}\hat{\boldsymbol{\imath}}&\hat{\boldsymbol{\jmath}} &\hat{\mathbf{k}}\\ 1&0&0\\ 0&1&0\end{matrix}\right] &&=\hat{\boldsymbol{\imath}}(0\times 0-0\times 1) -\hat{\boldsymbol{\jmath}}(1\times 0-0\times 0) +\hat{\mathbf{k}}(1\times 1-0\times 0) \\ &=\hat{\mathbf{k}}\\[0.1in] \hat{\boldsymbol{\jmath}}\times\hat{\mathbf{k}}&=\det\left[\begin{matrix}\hat{\boldsymbol{\imath}}&\hat{\boldsymbol{\jmath}} &\hat{\mathbf{k}}\\ 0&1&0\\ 0&0&1\end{matrix}\right] &&=\hat{\boldsymbol{\imath}}(1\times 1-0\times 0) -\hat{\boldsymbol{\jmath}}(0\times 1-0\times 0) +\hat{\mathbf{k}}(0\times 0-1\times 0)\\ &=\hat{\boldsymbol{\imath}}\\[0.1in] \hat{\mathbf{k}}\times\hat{\boldsymbol{\imath}}&=\det\left[\begin{matrix}\hat{\boldsymbol{\imath}}&\hat{\boldsymbol{\jmath}} &\hat{\mathbf{k}}\\ 0&0&1\\ 1&0&0\end{matrix}\right] &&=\hat{\boldsymbol{\imath}}(0\times 0-1\times 0) -\hat{\boldsymbol{\jmath}}(0\times 0-1\times 1) +\hat{\mathbf{k}}(0\times 0-0\times 1)\\ &=\hat{\boldsymbol{\jmath}} \end{aligned}

(b)

a⋅(a×b)=a1(a2b3−a3b2)−a2(a1b3−a3b1)+a3(a1b2−a2b1)=0b⋅(a×b)=b1(a2b3−a3b2)−b2(a1b3−a3b1)+b3(a1b2−a2b1)=0\begin{aligned} \mathbf{a}\cdot(\mathbf{a}\times\mathbf{b}) &=a_1\big(a_2b_3-a_3b_2\big) -a_2\big(a_1b_3-a_3b_1\big) +a_3\big(a_1b_2-a_2b_1\big) &&=0\\ \mathbf{b}\cdot(\mathbf{a}\times\mathbf{b}) &=b_1\big(a_2b_3-a_3b_2\big) -b_2\big(a_1b_3-a_3b_1\big) +b_3\big(a_1b_2-a_2b_1\big) &&=0 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

(a)

ı^×ȷ^=det⁡[ı^ȷ^k^100010]=ı^(0×0−0×1)−ȷ^(1×0−0×0)+k^(1×1−0×0)=k^ȷ^×k^=det⁡[ı^ȷ^k^010001]=ı^(1×1−0×0)−ȷ^(0×1−0×0)+k^(0×0−1×0)=ı^k^×ı^=det⁡[ı^ȷ^k^001100]=ı^(0×0−1×0)−ȷ^(0×0−1×1)+k^(0×0−0×1)=ȷ^\begin{aligned} \hat{\boldsymbol{\imath}}\times\hat{\boldsymbol{\jmath}}&=\det\left[\begin{matrix}\hat{\boldsymbol{\imath}}&\hat{\boldsymbol{\jmath}} &\hat{\mathbf{k}}\\ 1&0&0\\ 0&1&0\end{matrix}\right] &&=\hat{\boldsymbol{\imath}}(0\times 0-0\times 1) -\hat{\boldsymbol{\jmath}}(1\times 0-0\times 0) +\hat{\mathbf{k}}(1\times 1-0\times 0) \\ &=\hat{\mathbf{k}}\\[0.1in] \hat{\boldsymbol{\jmath}}\times\hat{\mathbf{k}}&=\det\left[\begin{matrix}\hat{\boldsymbol{\imath}}&\hat{\boldsymbol{\jmath}} &\hat{\mathbf{k}}\\ 0&1&0\\ 0&0&1\end{matrix}\right] &&=\hat{\boldsymbol{\imath}}(1\times 1-0\times 0) -\hat{\boldsymbol{\jmath}}(0\times 1-0\times 0) +\hat{\mathbf{k}}(0\times 0-1\times 0)\\ &=\hat{\boldsymbol{\imath}}\\[0.1in] \hat{\mathbf{k}}\times\hat{\boldsymbol{\imath}}&=\det\left[\begin{matrix}\hat{\boldsymbol{\imath}}&\hat{\boldsymbol{\jmath}} &\hat{\mathbf{k}}\\ 0&0&1\\ 1&0&0\end{matrix}\right] &&=\hat{\boldsymbol{\imath}}(0\times 0-1\times 0) -\hat{\boldsymbol{\jmath}}(0\times 0-1\times 1) +\hat{\mathbf{k}}(0\times 0-0\times 1)\\ &=\hat{\boldsymbol{\jmath}} \end{aligned}

(b)

a⋅(a×b)=a1(a2b3−a3b2)−a2(a1b3−a3b1)+a3(a1b2−a2b1)=0b⋅(a×b)=b1(a2b3−a3b2)−b2(a1b3−a3b1)+b3(a1b2−a2b1)=0\begin{aligned} \mathbf{a}\cdot(\mathbf{a}\times\mathbf{b}) &=a_1\big(a_2b_3-a_3b_2\big) -a_2\big(a_1b_3-a_3b_1\big) +a_3\big(a_1b_2-a_2b_1\big) &&=0\\ \mathbf{b}\cdot(\mathbf{a}\times\mathbf{b}) &=b_1\big(a_2b_3-a_3b_2\big) -b_2\big(a_1b_3-a_3b_1\big) +b_3\big(a_1b_2-a_2b_1\big) &&=0 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.2절 · 11번
# 벡터의 연산계산기본자동 분류
12.CLP-3 · 1.2절 · 11번대학 수준우리말 번역

다음 명제를 생각하세요: "a≠0\mathbf{a}\ne\mathbf{0} 이고 a⋅b=a⋅c\mathbf{a}\cdot\mathbf{b}=\mathbf{a}\cdot\mathbf{c} 이면 b=c\mathbf{b}=\mathbf{c} 이다." 이 명제가 참이면 증명하세요. 거짓이면 반례를 드세요.

영어 원문 보기

Consider the following statement: “If a≠0\mathbf{a}\ne\mathbf{0} and if a⋅b=a⋅c\mathbf{a}\cdot\mathbf{b}=\mathbf{a}\cdot\mathbf{c} then b=c\mathbf{b}=\mathbf{c}.” If the statment is true, prove it. If the statement is false, give a counterexample.

정답·풀이 보기

이 명제는 거짓이다. 두 수 a⋅b\mathbf{a}\cdot\mathbf{b}, a⋅c\mathbf{a}\cdot\mathbf{c} 가 같을 필요충분조건은 a⋅(b−c)=0\mathbf{a}\cdot(\mathbf{b}-\mathbf{c})= 0 이다. 이는 다시 a\mathbf{a} 가 b−c\mathbf{b}-\mathbf{c} 와 수직인 것과 필요충분조건이다(0\mathbf{0} 은 모든 벡터와 수직이라는 약속에 따른다). 예를 들어 a=<1,0,0>\mathbf{a}=\left< 1,0,0\right> , b=<0,1,0>, c=<0,0,1>\mathbf{b}=\left< 0,1,0\right> ,\ \mathbf{c}=\left< 0,0,1\right> 이면 b−c=<0,1,−1>\mathbf{b}-\mathbf{c}=\left< 0,1,-1\right> 은 a\mathbf{a} 와 수직이므로 a⋅b=a⋅c\mathbf{a}\cdot\mathbf{b}=\mathbf{a}\cdot\mathbf{c} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

This statement is false. The two numbers a⋅b\mathbf{a}\cdot\mathbf{b}, a⋅c\mathbf{a}\cdot\mathbf{c} are equal if and only if a⋅(b−c)=0\mathbf{a}\cdot(\mathbf{b}-\mathbf{c})= 0. This in turn is the case if and only if a\mathbf{a} is perpendicular to b−c\mathbf{b}-\mathbf{c} (under the convention that 0\mathbf{0} is perpendicular to all vectors). For example, if a=<1,0,0>\mathbf{a}=\left< 1,0,0\right> , b=<0,1,0>, c=<0,0,1>\mathbf{b}=\left< 0,1,0\right> ,\ \mathbf{c}=\left< 0,0,1\right> , then b−c=<0,1,−1>\mathbf{b}-\mathbf{c}=\left< 0,1,-1\right> is perpendicular to a\mathbf{a} so that a⋅b=a⋅c\mathbf{a}\cdot\mathbf{b}=\mathbf{a}\cdot\mathbf{c}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.2절 · 16번
# 벡터의 연산증명·논술기본자동 분류
13.CLP-3 · 1.2절 · 12번대학 수준우리말 번역

다음 명제를 생각하세요. "벡터 a×(b×c)\mathbf{a}\times(\mathbf{b}\times\mathbf{c}) 는 어떤 실수 α\alpha 와 β\beta 에 대해 αb+βc\alpha \mathbf{b}+\beta \mathbf{c} 의 꼴이다." 이 명제가 참이면 증명하세요. 거짓이면 반례를 드세요.

영어 원문 보기

Consider the following statement: “The vector a×(b×c)\mathbf{a}\times(\mathbf{b}\times\mathbf{c}) is of the form αb+βc\alpha \mathbf{b}+\beta \mathbf{c} for some real numbers α\alpha and β\beta .” If the statement is true, prove it. If the statement is false, give a counterexample.

정답·풀이 보기

이 명제는 참이다. b\mathbf{b} 와 c\mathbf{c} 가 평행한 경우에는 b×c=0\mathbf{b}\times\mathbf{c}=\mathbf{0} 이므로 a×(b×c)=0=0b+0c\mathbf{a}\times(\mathbf{b}\times\mathbf{c})=\mathbf{0}=0\mathbf{b}+0\mathbf{c} 이다. 따라서 b\mathbf{b} 와 c\mathbf{c} 가 평행하지 않다고 가정해도 된다. 그러면 α\alpha 와 β\beta 가 R\mathbb{R} 전체를 움직일 때, 벡터 αb+βc\alpha \mathbf{b}+\beta \mathbf{c} 는 원점과 벡터 b\mathbf{b}, c\mathbf{c} 를 포함하는 평면 위를 움직인다. 이 평면을 PP 라 하자. d=b×c\mathbf{d}=\mathbf{b}\times\mathbf{c} 는 영벡터가 아니고 b\mathbf{b} 와 c\mathbf{c} 모두에 수직이므로, PP 는 원점을 포함하고 d\mathbf{d} 에 수직인 평면이다. a×(b×c)=a×d\mathbf{a}\times(\mathbf{b}\times\mathbf{c})=\mathbf{a}\times\mathbf{d} 는 언제나 d\mathbf{d} 에 수직이므로 PP 위에 놓인다.

원본 교재 풀이(영어)

This statement is true. In the event that b\mathbf{b} and c\mathbf{c} are parallel, b×c=0\mathbf{b}\times\mathbf{c}=\mathbf{0} so that a×(b×c)=0=0b+0c\mathbf{a}\times(\mathbf{b}\times\mathbf{c})=\mathbf{0}=0\mathbf{b}+0\mathbf{c}, so we may assume that b\mathbf{b} and c\mathbf{c} are not parallel. Then as α\alpha and β\beta run over R\mathbb{R}, the vector αb+βc\alpha \mathbf{b}+\beta \mathbf{c} runs over the plane that contains the origin and the vectors b\mathbf{b} and c\mathbf{c}. Call this plane PP. Because d=b×c\mathbf{d}=\mathbf{b}\times\mathbf{c} is nonzero and perpendicular to both b\mathbf{b} and c\mathbf{c}, PP is the plane that contains the origin and is perpendicular to d\mathbf{d}. As a×(b×c)=a×d\mathbf{a}\times(\mathbf{b}\times\mathbf{c})=\mathbf{a}\times\mathbf{d} is always perpendicular to d\mathbf{d}, it lies in PP.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.2절 · 8번
# 벡터의 연산증명·논술기본자동 분류
14.CLP-3 · 1.2절 · 13번대학 수준우리말 번역

a⋅(b×c)=<1,2,3>\mathbf{a}\cdot(\mathbf{b}\times\mathbf{c})=\left< 1,2,3\right> 로부터 어떤 기하학적 결론을 이끌어 낼 수 있는지 설명하세요.

영어 원문 보기

What geometric conclusions can you draw from a⋅(b×c)=<1,2,3>\mathbf{a}\cdot(\mathbf{b}\times\mathbf{c})=\left< 1,2,3\right>?

정답·풀이 보기

없다. 주어진 등식은 말이 되지 않는다. 좌변은 수이고 우변은 벡터이기 때문이다.

원본 교재 풀이(영어)

None. The given equation is nonsense. The left hand side is a number while the right hand side is a vector.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.2절 · 10번
# 벡터의 연산계산기본자동 분류
15.CLP-3 · 1.3절 · 1번대학 수준우리말 번역

R2\mathbb R^2 에서 직선이 방향 d\mathbf d 를 가지고 점 c\mathbf c 를 지납니다.

다음 중 이 직선의 매개변수 방정식은 <x,y>=c+td\left< x,y\right> =\mathbf c + t\mathbf d 와 <x,y>=c−td\left< x,y\right> =\mathbf c - t\mathbf d 중 어느 것인가요?

영어 원문 보기

A line in R2\mathbb R^2 has direction d\mathbf d and passes through point c\mathbf c.

Which of the following gives its parametric equation: <x,y>=c+td\left< x,y\right> =\mathbf c + t\mathbf d , or <x,y>=c−td\left< x,y\right> =\mathbf c - t\mathbf d ?

정답·풀이 보기

tt 는 어떤 실수라도 될 수 있으므로 두 방정식은 같은 직선을 나타낸다. 둘 다 옳다. 예를 들어, 첫 번째 매개변수 방정식에서 t=7t=7 일 때의 점, 즉 c+7d\mathbf c + 7\mathbf d 는 두 번째 매개변수 방정식에서 t=−7t=-7 일 때의 점, 즉 c−(−7)d\mathbf c -(-7)\mathbf d 와 정확히 같다.

원본 교재 풀이(영어)

Since tt can be any real number, these equation describe the same line. They're both valid. For example, the point given by the first parametric equation with t=7t=7, namely c+7d\mathbf c + 7\mathbf d , is exactly the same as the point given by the second parametric equation with t=−7t=-7, namely c−(−7)d\mathbf c -(-7)\mathbf d .

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.4절 · 18번
# 직선과 평면의 방정식계산기본자동 분류
16.CLP-3 · 1.3절 · 3번대학 수준우리말 번역

두 점은 하나의 직선을 결정합니다. 두 직선 위에 모두 놓이는 서로 다른 두 점을 구하여, 방정식

<x−1,y−9>=t<8,4>\left< x-1,y-9\right>=t\left< 8,4\right> 과 <x−9,y−13>=t<1,12>\left< x-9,y-13\right>=t\left< 1,\tfrac12\right>

이 같은 직선을 나타냄을 확인하세요.

영어 원문 보기

Two points determine a line. Verify that the equations

<x−1,y−9>=t<8,4>\left< x-1,y-9\right>=t\left< 8,4\right> and <x−9,y−13>=t<1,12>\left< x-9,y-13\right>=t\left< 1,\tfrac12\right>

describe the same line by finding two different points that lie on both lines.

정답·풀이 보기

여러 답 중 하나는 다음과 같다.

첫 번째 방정식에 t=0t=0 을 대입하면 (1,9)(1,9) 가 첫 번째 직선 위에 있음을 알 수 있다. (1,9)(1,9) 가 두 번째 직선 위에도 있음을 확인하기 위해 두 번째 방정식에 x=1x=1, y=9y=9 를 대입하면

<1−9,9−13>=t<1,12>또는<−8,−4>=t<1,12>\left< 1-9,9-13\right>=t\left< 1,\tfrac12\right>\qquad \text{또는}\qquad \left< -8,-4\right>=t\left< 1,\tfrac12\right>

이다. 이 방정식은 t=−8t=-8 일 때 성립한다. 따라서 (1,9)(1,9) 는 두 직선 위에 모두 있다.

두 번째 방정식에 t=0t=0 을 대입하면 (9,13)(9,13) 이 두 번째 직선 위에 있음을 알 수 있다. (9,13)(9,13) 이 첫 번째 직선 위에도 있음을 확인하기 위해 첫 번째 방정식에 x=9x=9, y=13y=13 을 대입하면

<9−1,13−9>=t<8,4>또는<8,4>=t<8,4>\left< 9-1,13-9\right>=t\left< 8,4\right>\qquad \text{또는}\qquad \left< 8,4\right>=t\left< 8,4\right>

이다. 이 방정식은 t=1t=1 일 때 성립한다. 따라서 (9,13)(9,13) 은 두 직선 위에 모두 있다.

두 직선 모두 (1,9)(1,9) 와 (9,13)(9,13) 을 지나므로 두 직선은 일치한다.

원본 교재 풀이(영어)

Here is one answer of many.

Setting t=0t=0 in the first equation shows that (1,9)(1,9) is on the first line. To see that (1,9)(1,9) is also on the second line, we substitute x=1x=1, y=9y=9 into the second equation to give

<1−9,9−13>=t<1,12>or<−8,−4>=t<1,12>\left< 1-9,9-13\right>=t\left< 1,\tfrac12\right>\qquad \text{or}\qquad \left< -8,-4\right>=t\left< 1,\tfrac12\right>

This equation is satisfied when t=−8t=-8. So (1,9)(1,9) is on both lines.

Setting t=0t=0 in the second equation shows that (9,13)(9,13) is on the second line. To see that (9,13)(9,13) is also on the first line, we substitute x=9x=9, y=13y=13 into the first equation to give

<9−1,13−9>=t<8,4>or<8,4>=t<8,4>\left< 9-1,13-9\right>=t\left< 8,4\right>\qquad \text{or}\qquad \left< 8,4\right>=t\left< 8,4\right>

This equation is satisfied when t=1t=1. So (9,13)(9,13) is on both lines.

Since both lines pass through (1,9)(1,9) and (9,13)(9,13), the lines are identical.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.4절 · 19번
# 직선과 평면의 방정식증명·논술기본자동 분류
17.CLP-3 · 1.3절 · 4번대학 수준우리말 번역

R2\mathbb R^2 에서 한 직선의 매개변수 방정식이 다음과 같습니다. x−3=9ty−5=7t\begin{array}{lcl} x-3&=&9t\\ y-5&=&7t \end{array} 이 직선의 매개변수 방정식을 쓰는 방법은 여러 가지가 있습니다. 이 방정식을 다음과 같이 다시 쓸 때, x−x0=dxty−y0=dyt\begin{array}{lcl} x-x_0&=&d_xt\\ y-y_0&=&d_yt \end{array} <x0,y0>\left< x_0,y_0\right> 와 <dx,dy>\left< d_x,d_y\right> 가 가질 수 있는 값을 모두 구하세요.

영어 원문 보기

A line in R2\mathbb R^2 has parametric equations x−3=9ty−5=7t\begin{array}{lcl} x-3&=&9t\\ y-5&=&7t \end{array} There are many different ways to write the parametric equations of this line. If we rewrite the equations as x−x0=dxty−y0=dyt\begin{array}{lcl} x-x_0&=&d_xt\\ y-y_0&=&d_yt \end{array} what are all possible values of <x0,y0>\left< x_0,y_0\right> and <dx,dy>\left< d_x,d_y\right>?

정답·풀이 보기

<dx,dy>\left< d_x,d_y\right> 는 직선의 방향이므로 <9,7>\left< 9,7\right> 의 0이 아닌 임의의 스칼라배가 될 수 있다.

<x0,y0>\left< x_0,y_0\right> 는 직선 위의 임의의 점이 될 수 있다. 이 점들을 나타내는 것은 직선 자체를 나타내는 것과 같다. 어떤 실수 tt 에 대해

{x0−3=9ty0−5=7t\begin{aligned} \begin{cases} x_0-3&=9t\\ y_0-5&=7t \end{cases} \end{aligned}

을 만족하는 순서쌍 <x0,y0>\left< x_0,y_0\right> 를 모두 찾으면 된다. 즉,

t=x0−39=y0−577(x0−3)=9(y0−5)7x0+24=9y0\begin{aligned} t=\frac{x_0-3}{9}&=\frac{y_0-5}{7}\\ 7(x_0-3)&=9(y_0-5)\\ 7x_0+24&=9y_0 \end{aligned}

이다. 이 단계들 중 어느 것으로든 <x0,y0>\left< x_0,y_0\right> 의 가능한 값을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 7x0+24=9y07x_0+24=9y_0 을 만족하는 임의의 순서쌍이라고 할 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

<dx,dy>\left< d_x,d_y\right> is the direction of the line, so it can be any non-zero scalar multiple of <9,7>\left< 9,7\right>.

<x0,y0>\left< x_0,y_0\right> can be any point on the line. Describing these is the same as describing the line itself. We're trying to find all doubles <x0,y0>\left< x_0,y_0\right> that obey

{x0−3=9ty0−5=7t\begin{aligned} \begin{cases} x_0-3&=9t\\ y_0-5&=7t \end{cases} \end{aligned}

for some real number tt. That is,

t=x0−39=y0−577(x0−3)=9(y0−5)7x0+24=9y0\begin{aligned} t=\frac{x_0-3}{9}&=\frac{y_0-5}{7}\\ 7(x_0-3)&=9(y_0-5)\\ 7x_0+24&=9y_0 \end{aligned}

Any of these steps could specify the possible values of <x0,y0>\left< x_0,y_0\right>. Say, they can be any pair satisfying 7x0+24=9y07x_0+24=9y_0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.3절 · 5번
# 직선과 평면의 방정식계산기본자동 분류
18.CLP-3 · 1.4절 · 1번대학 수준우리말 번역

벡터 k^\hat{\mathbf{k}} 는 평면 z=0z=0 의 법선벡터(즉, 수직인 벡터)이다. z=0z=0 에 수직인 또 다른 영벡터가 아닌 벡터를 구하세요.

영어 원문 보기

The vector k^\hat{\mathbf{k}} is a normal vector (i.e. is perpendicular) to the plane z=0z=0. Find another nonzero vector that is normal to z=0z=0.

정답·풀이 보기

구하는 벡터는 z=0z=0 에 수직이므로 k^\hat{\mathbf{k}} 와 평행하다. k^\hat{\mathbf{k}} 와 평행하려면 그 벡터는 어떤 실수 cc 에 대해 c k^c\,\hat{\mathbf{k}} 꼴이어야 한다. 이 벡터가 영벡터가 아니려면 c≠0c\ne 0 이어야 하고, k^\hat{\mathbf{k}} 와 다르려면 c≠1c\ne 1 이어야 한다. 따라서 가능한 세 가지 예는 −k^-\hat{\mathbf{k}}, 2 k^2\,\hat{\mathbf{k}}, 7.12345 k^7.12345\,\hat{\mathbf{k}} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

We are looking for a vector that is perpendicular to z=0z=0 and hence is parallel to k^\hat{\mathbf{k}}. To be parallel of k^\hat{\mathbf{k}}, the vector has to be of the form c k^c\,\hat{\mathbf{k}} for some real number cc. For the vector to be nonzero, we need c≠0c\ne 0 and for the vector to be different from k^\hat{\mathbf{k}}, we need c≠1c\ne 1. So three possible choices are −k^-\hat{\mathbf{k}}, 2 k^2\,\hat{\mathbf{k}}, 7.12345 k^7.12345\,\hat{\mathbf{k}}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.4절 · 9번
# 직선과 평면의 방정식계산기본자동 분류
19.CLP-3 · 1.4절 · 2번대학 수준우리말 번역

방정식 3x+12y+z=43x+\frac{1}{2}y+z=4 로 주어진 평면 PP 를 생각하자.

(a) PP 와 yy축의 교점을 구하세요. (b) PP 와 zz축의 교점을 구하세요. (c) PP 와 yzyz평면의 교선 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그래프를 그리세요. (즉, x,y,z≥0x,y,z\ge 0 인 부분이다.)

영어 원문 보기

Consider the plane PP with equation 3x+12y+z=43x+\frac{1}{2}y+z=4.

(a) Find the intersection of PP with the yy-axis. (b) Find the intersection of PP with the zz-axis. (c) Sketch the part of the intersection of PP with the yzyz-plane that is in the first octant. (That is, with x,y,z≥0x,y,z\ge 0.)

정답·풀이 보기

(a) yy축 위의 각 점은 (0,y,0)(0,y,0) 꼴이다. 이러한 점이 평면 PP 위에 있으려면

3(0)+12y+0=4  ⟺  y=83(0)+\frac{1}{2}y+0=4 \iff y=8

이어야 한다. 따라서 PP 와 yy축의 교점은 한 점 (0,8,0)(0,8,0) 이다. (b) zz축 위의 각 점은 (0,0,z)(0,0,z) 꼴이다. 이러한 점이 평면 PP 위에 있으려면

3(0)+12(0)+z=4  ⟺  z=43(0)+\frac{1}{2}(0)+z=4 \iff z=4

이어야 한다. 따라서 PP 와 zz축의 교점은 한 점 (0,0,4)(0,0,4) 이다. (c) 평면 PP 와 yzyz평면의 교선은 직선이다. (a)와 (b)에서 두 점 (0,8,0)(0,8,0) 과 (0,0,4)(0,0,4) 가 그 직선 위에 있음을 보였다. 다음은 그 직선 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그래프이다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

(a) Each point on the yy-axis is of the form (0,y,0)(0,y,0). Such a point is on the plane PP if

3(0)+12y+0=4  ⟺  y=83(0)+\frac{1}{2}y+0=4 \iff y=8

So the intersection of PP with the yy-axis is the single point (0,8,0)(0,8,0). (b) Each point on the zz-axis is of the form (0,0,z)(0,0,z). Such a point is on the plane PP if

3(0)+12(0)+z=4  ⟺  z=43(0)+\frac{1}{2}(0)+z=4 \iff z=4

So the intersection of PP with the zz-axis is the single point (0,0,4)(0,0,4). (c) The intersection of the plane PP with the yzyz-plane is a line. We have shown in parts (a) and (b) that the points (0,8,0)(0,8,0) and (0,0,4)(0,0,4) are on that line. Here is a sketch of the part of that line that is in the first octant.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.4절 · 1번
# 직선과 평면의 방정식그래프·표 해석기본자동 분류
20.CLP-3 · 1.4절 · 3번대학 수준우리말 번역

(a) 원점을 지나고 법선벡터가 <1,2,3>\left< 1,2,3\right> 인 평면의 방정식을 구하세요. (b) 점 (0,0,1)(0,0,1) 을 지나고 법선벡터가 <1,1,3>\left< 1,1,3\right> 인 평면의 방정식을 구하세요. (c) 가능하다면, (1,2,3)(1,2,3) 과 (1,0,0)(1,0,0) 을 모두 지나고 법선벡터가 <4,5,6>\left< 4,5,6\right> 인 평면의 방정식을 구하세요. (d) 가능하다면, (1,2,3)(1,2,3) 과 (0,3,4)(0,3,4) 를 모두 지나고 법선벡터가 <2,1,1>\left< 2,1,1\right> 인 평면의 방정식을 구하세요.

영어 원문 보기

(a) Find the equation of the plane that passes through the origin and has normal vector <1,2,3>\left< 1,2,3\right>. (b) Find the equation of the plane that passes through the point (0,0,1)(0,0,1) and has normal vector <1,1,3>\left< 1,1,3\right>. (c) Find, if possible, the equation of a plane that passes through both (1,2,3)(1,2,3) and (1,0,0)(1,0,0) and has normal vector <4,5,6>\left< 4,5,6\right>. (d) Find, if possible, the equation of a plane that passes through both (1,2,3)(1,2,3) and (0,3,4)(0,3,4) and has normal vector <2,1,1>\left< 2,1,1\right>.

정답·풀이 보기

(a) (x,y,z)(x,y,z) 가 평면 위의 임의의 점이면, (x,y,z)(x,y,z) 에서 (0,0,0)(0,0,0) 으로 향하는 벡터, 즉 <x,y,z>\left< x,y,z\right> 의 머리와 꼬리가 모두 평면 위에 있다. 따라서 벡터 <x,y,z>\left< x,y,z\right> 는 <1,2,3>\left< 1,2,3\right> 과 수직이어야 하므로

0=<x,y,z>⋅<1,2,3>=x+2y+3z0=\left< x,y,z\right>\cdot \left< 1,2,3\right> =x+2y+3z

(b) (x,y,z)(x,y,z) 가 평면 위의 임의의 점이면, (x,y,z)(x,y,z) 에서 (0,0,1)(0,0,1) 로 향하는 벡터, 즉 <x,y,z−1>\left< x,y,z-1\right> 의 머리와 꼬리가 모두 평면 위에 있다. 따라서 벡터 <x,y,z−1>\left< x,y,z-1\right> 는 <1,1,3>\left< 1,1,3\right> 과 수직이어야 하므로

0=<x,y,z−1>⋅<1,1,3>=x+y+3(z−1)  ⟺  x+y+3z=30=\left< x,y,z-1\right>\cdot \left< 1,1,3\right> =x+y+3(z-1) \iff x+y+3z=3

(c) (1,2,3)(1,2,3) 과 (1,0,0)(1,0,0) 이 모두 평면 위에 있다면, (1,2,3)(1,2,3) 에서 (1,0,0)(1,0,0) 으로 향하는 벡터, 즉 <0,2,3>\left< 0,2,3\right> 의 머리와 꼬리가 모두 평면 위에 있다. 따라서 벡터 <0,2,3>\left< 0,2,3\right> 는 <4,5,6>\left< 4,5,6\right> 과 수직이어야 한다. 그런데

<0,2,3>⋅<4,5,6>=28≠0\left< 0,2,3\right> \cdot \left< 4,5,6\right> = 28\ne 0

이므로 벡터 <0,2,3>\left< 0,2,3\right> 는 <4,5,6>\left< 4,5,6\right> 과 수직이 아니다. 따라서 (1,2,3)(1,2,3) 과 (1,0,0)(1,0,0) 을 모두 지나고 법선벡터가 <4,5,6>\left< 4,5,6\right> 인 평면은 존재하지 않는다.

(d) (1,2,3)(1,2,3) 과 (0,3,4)(0,3,4) 가 모두 평면 위에 있다면, (1,2,3)(1,2,3) 에서 (0,3,4)(0,3,4) 로 향하는 벡터, 즉 <1,−1,−1>\left< 1,-1,-1\right> 의 머리와 꼬리가 모두 평면 위에 있다. 따라서 벡터 <1,−1,−1>\left< 1,-1,-1\right> 는 <2,1,1>\left< 2,1,1\right> 과 수직이어야 한다. 그런데

<1,−1,−1>⋅<2,1,1>=0\left< 1,-1,-1\right> \cdot \left< 2,1,1\right> = 0

이므로 벡터 <1,−1,−1>\left< 1,-1,-1\right> 는 실제로 <2,1,1>\left< 2,1,1\right> 과 수직이다. 따라서 (1,2,3)(1,2,3) 과 (0,3,4)(0,3,4) 를 모두 지나고 법선벡터가 <2,1,1>\left< 2,1,1\right> 인 평면이 존재한다. 이제 그 방정식을 세우기만 하면 된다.

(x,y,z)(x,y,z) 가 평면 위의 임의의 점이면, (x,y,z)(x,y,z) 에서 (1,2,3)(1,2,3) 으로 향하는 벡터, 즉 <x−1,y−2,z−3>\left< x-1,y-2,z-3\right> 의 머리와 꼬리가 모두 평면 위에 있다. 따라서 벡터 <x−1,y−2,z−3>\left< x-1,y-2,z-3\right> 는 <2,1,1>\left< 2,1,1\right> 과 수직이어야 하므로

0=<x−1,y−2,z−3>⋅<2,1,1>=2(x−1)+(y−2)+(z−3)  ⟺  2x+y+z=70=\left< x-1,y-2,z-3\right>\cdot \left< 2,1,1\right> =2(x-1)+(y-2)+(z-3) \iff 2x+y+z=7

검산으로, (x,y,z)=(1,2,3)(x,y,z)=(1,2,3) 과 (x,y,z)=(0,3,4)(x,y,z)=(0,3,4) 가 모두 방정식 2x+y+z=72x+y+z=7 을 만족함을 확인할 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) If (x,y,z)(x,y,z) is any point on the plane, then both the head and the tail of the vector from (x,y,z)(x,y,z) to (0,0,0)(0,0,0), namely <x,y,z>\left< x,y,z\right>, lie in the plane. So the vector <x,y,z>\left< x,y,z\right> must be perpendicular to <1,2,3>\left< 1,2,3\right> and

0=<x,y,z>⋅<1,2,3>=x+2y+3z0=\left< x,y,z\right>\cdot \left< 1,2,3\right> =x+2y+3z

(b) If (x,y,z)(x,y,z) is any point on the plane, then both the head and the tail of the vector from (x,y,z)(x,y,z) to (0,0,1)(0,0,1), namely <x,y,z−1>\left< x,y,z-1\right>, lie in the plane. So the vector <x,y,z−1>\left< x,y,z-1\right> must be perpendicular to <1,1,3>\left< 1,1,3\right> and

0=<x,y,z−1>⋅<1,1,3>=x+y+3(z−1)  ⟺  x+y+3z=30=\left< x,y,z-1\right>\cdot \left< 1,1,3\right> =x+y+3(z-1) \iff x+y+3z=3

(c) If both (1,2,3)(1,2,3) and (1,0,0)(1,0,0) are on the plane, then both the head and the tail of the vector from (1,2,3)(1,2,3) to (1,0,0)(1,0,0), namely <0,2,3>\left< 0,2,3\right>, lie in the plane. So the vector <0,2,3>\left< 0,2,3\right> must be perpendicular to <4,5,6>\left< 4,5,6\right>. As

<0,2,3>⋅<4,5,6>=28≠0\left< 0,2,3\right> \cdot \left< 4,5,6\right> = 28\ne 0

the vector <0,2,3>\left< 0,2,3\right> is not perpendicular to <4,5,6>\left< 4,5,6\right>. So there is no plane that passes through both (1,2,3)(1,2,3) and (1,0,0)(1,0,0) and has normal vector <4,5,6>\left< 4,5,6\right>.

(d) If both (1,2,3)(1,2,3) and (0,3,4)(0,3,4) are on the plane, then both the head and the tail of the vector from (1,2,3)(1,2,3) to (0,3,4)(0,3,4), namely <1,−1,−1>\left< 1,-1,-1\right>, lie in the plane. So the vector <1,−1,−1>\left< 1,-1,-1\right> must be perpendicular to <2,1,1>\left< 2,1,1\right>. As

<1,−1,−1>⋅<2,1,1>=0\left< 1,-1,-1\right> \cdot \left< 2,1,1\right> = 0

the vector <1,−1,−1>\left< 1,-1,-1\right> is indeed perpendicular to <2,1,1>\left< 2,1,1\right>. So there is a plane that passes through both (1,2,3)(1,2,3) and (0,3,4)(0,3,4) and has normal vector <2,1,1>\left< 2,1,1\right>. We now just have to build its equation.

If (x,y,z)(x,y,z) is any point on the plane, then both the head and the tail of the vector from (x,y,z)(x,y,z) to (1,2,3)(1,2,3), namely <x−1,y−2,z−3>\left< x-1,y-2,z-3\right>, lie in the plane. So the vector <x−1,y−2,z−3>\left< x-1,y-2,z-3\right> must be perpendicular to <2,1,1>\left< 2,1,1\right> and

0=<x−1,y−2,z−3>⋅<2,1,1>=2(x−1)+(y−2)+(z−3)  ⟺  2x+y+z=70=\left< x-1,y-2,z-3\right>\cdot \left< 2,1,1\right> =2(x-1)+(y-2)+(z-3) \iff 2x+y+z=7

As a check, note that both (x,y,z)=(1,2,3)(x,y,z)=(1,2,3) and (x,y,z)=(0,3,4)(x,y,z)=(0,3,4) obey the equation 2x+y+z=72x+y+z=7.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.4절 · 2번
# 직선과 평면의 방정식계산기본자동 분류