유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
7문제 · 1 / 1쪽
1.CLP-3 · 1.1절 · 6번대학 수준우리말 번역
어떤 곡면이 다음을 만족하는 모든 점 P=(x,y,z) 로 이루어져 있다. P 에서 점 (0,0,1) 까지의 거리가
P 에서 평면 z+1=0 까지의 거리와 같다. 이 곡면의 방정식을 구하고,
그래프를 그린 다음 말로 설명하세요.
영어 원문 보기
A certain surface consists of all points P=(x,y,z)
such that the distance from P to the point (0,0,1) is equal to the
distance from P to the plane z+1=0. Find an equation for the surface,
sketch and describe it verbally.
정답·풀이 보기
P 에서 점 (0,0,1) 까지의 거리는 x2+y2+(z−1)2 이다.
P 에서 주어진 평면까지의 거리는 ∣z+1∣ 이다. 따라서 곡면의 방정식은
x2+y2+(z−1)2=(z+1)2또는x2+y2=4z
이다. 이 곡면 위의 모든 점은 z≥0 이다. 곡면 위의 점 중 z 의 값이 고정된 값 z0≥0 인 점들의 집합은 z축 위에 중심이 있고, xy평면과 평행하며, 반지름이 2z0 인 원이다. 이 곡면은 이러한 원들을 쌓아 놓은 모양으로, 원점의 한 점에서 시작하여 위로 갈수록 반지름이 증가한다. 이 곡면은 포물면이며 아래 그림과 같다.
원본 교재 풀이(영어)
The distance from P to the point (0,0,1) is x2+y2+(z−1)2.
The distance from P to the specified plane is ∣z+1∣. Hence the equation
of the surface is
x2+y2+(z−1)2=(z+1)2 or x2+y2=4z
All points on this surface have z≥0. The set of points on the surface
that have any fixed value, z0≥0, of z consists of a circle that is
centred on the z–axis, is parallel to the xy-plane and has radius
2z0. The surface consists of a stack of these circles, starting
with a point at the origin and with radius increasing vertically. The surface
is a paraboloid and is sketched below.
(a)
고정된 각 c>0 에 대해 등위곡선 x2+2y2=c 는
원점을 중심으로 하고 x 방향 반축의 길이가 c,
y 방향 반축의 길이가 c/2 인 타원이다. c=0 이면 등위곡선 x2+2y2=c=0 은
한 점 (0,0) 뿐이다.
(b)
고정된 각 c=0 에 대해 등위곡선 xy=c 는
원점을 중심으로 하고 x축과 y축을 점근선으로 갖는 쌍곡선이다.
c>0 이면 xy=c>0 을 만족하는 x 와 y 는 부호가 같다.
따라서 쌍곡선은 제1사분면과 제3사분면에 놓인다.
c<0 이면 xy=c>0 을 만족하는 x 와 y 는 부호가 반대이다.
따라서 쌍곡선은 제2사분면과 제4사분면에 놓인다.
c=0 이면 등위곡선 xy=c=0 은
한 점 (0,0) 뿐이다.
(c)
고정된 각 c=0 에 대해 등위곡선 xe−y=c 는 로그 곡선
y=−lnxc 이다. c>0 일 때 이 곡선은 다음과 같다.
x>0 으로 제한되며, 그래야 xc>0 이 되어 lnxc 가
정의된다. 또한
x→0+ 일 때 y 는 −∞ 로 가고,
x→+∞ 일 때 y 는 +∞ 로 간다. 그리고
x=c 일 때 x축과 만난다(즉 y=0 이다).
c<0 일 때 이 곡선은 다음과 같다.
x<0 으로 제한되며, 그래야 xc>0 이 되어 lnxc 가
정의된다. 또한
x→0− 일 때 y 는 −∞ 로 가고,
x→−∞ 일 때 y 는 +∞ 로 간다. 그리고
x=c 일 때 x축과 만난다(즉 y=0 이다).
c=0 이면 등위곡선 xe−y=c=0 은
y축, 곧 x=0 이다.
원본 교재 풀이(영어)
(a)
For each fixed c>0, the level curve x2+2y2=c is the ellipse
centred on the origin with x semi axis c and
y semi axis c/2. If c=0, the level curve x2+2y2=c=0
is the single point (0,0).
(b)
For each fixed c=0, the level curve xy=c is a hyperbola
centred on the origin with asymptotes the x- and y-axes.
If c>0, any x and y obeying xy=c>0 are of the same sign.
So the hyperbola is contained in the first and third quadrants.
If c<0, any x and y obeying xy=c>0 are of opposite sign.
So the hyperbola is contained in the second and fourth quadrants.
If c=0, the level curve xy=c=0
is the single point (0,0).
(c)
For each fixed c=0, the level curve xe−y=c is the logarithmic curve
y=−lnxc. Note that, for c>0, the curve
is restricted to x>0, so that xc>0 and lnxc
is defined, and that
as x→0+, y goes to −∞, while
as x→+∞, y goes to +∞, and
the curve crosses the x-axis (i.e. has y=0) when x=c.
and for c<0, the curve
is restricted to x<0, so that xc>0 and lnxc
is defined, and that
as x→0−, y goes to −∞, while
as x→−∞, y goes to +∞, and
the curve crosses the x-axis (i.e. has y=0) when x=c.
If c=0, the level curve xe−y=c=0
is the y-axis, x=0.
C=0 이면 등위곡선 f=C=0 은 직선 y=0 뿐이다.
C=0 (부호는 어느 쪽이든) 이면 등위곡선 f=C 의 방정식 f(x,y)=x2+y22y=C 를 다음과 같이 고쳐 쓸 수 있다.
x2−C2y+y2=0⟺x2+(y−C1)2=C21
이는 중심이 (0,C1) 이고 반지름이 ∣C∣1 인 원의 방정식이다.
참고.
엄밀히 말하면, 함수 f(x,y)=x2+y22y 은
(x,y)=(0,0) 에서 정의되지 않는다. 문제에서 f 의 정의역에서 (0,0) 을 제외한다고 밝히거나 f(0,0) 의 값을 정해 주었어야 한다. 사실 f(x,y) 가 (0,0) 에서 연속이 되도록 f(0,0) 의 값을 정하는 것은 불가능한데, limx→0f(x,0)=0 인 반면 limy→0f(0,∣y∣)=∞ 이기 때문이다.
따라서 f 의 정의역을 R2 에서 점 (0,0) 을 제외한 것으로 잡는 편이 더 타당하다. 위 그림의 원점에 작은 구멍이 있는 이유가 이것이다.
원본 교재 풀이(영어)
If C=0, the level curve f=C=0 is just the line y=0.
If C=0 (of either sign), we may rewrite the equation, f(x,y)=x2+y22y=C,
of the level curve f=C as
x2−C2y+y2=0⟺x2+(y−C1)2=C21
which is the equation of the circle of radius ∣C∣1 centred on
(0,C1).
Remark.
To be picky, the function f(x,y)=x2+y22y
is not defined at (x,y)=(0,0). The question should have either specified
that the domain of f excludes (0,0) or have specified a value
for f(0,0). In fact, it is impossible to assign a value to f(0,0)
in such a way that f(x,y) is continuous at (0,0), because
limx→0f(x,0)=0 while limy→0f(0,∣y∣)=∞.
So it makes more sense to have the domain of f being R2
with the point (0,0) removed. That's why there is a little hole at the origin
in the above sketch.
(a) Sketch several level curves z=constant.
(b) Draw a rough sketch of the surface.
정답·풀이 보기
(a)
방정식을 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.
x2+y2=(z−1)2−1
우변은 ∣z−1∣<1, 즉 0<z<2 일 때 음수이다.
따라서 곡면 위의 점 중에는 0<z<2 인 점이 없다. 이 범위 밖에서 고정된 임의의 z 에 대해
곡선 x2+y2=(z−1)2−1 은
z 축 위에 중심이 있는 원이고, 그 반지름은 (z−1)2−1 이다.
이 반지름은 z=0,2 일 때 0 이고, z 가 z=0,2 에서 멀어질수록 커진다. ∣z∣ 가 매우 크면 반지름은 ∣z∣ 에 거의 비례하여 커진다. 다음은 등위곡선 몇 개를 그린 그림이다.
(b)
이 곡면은 원이 쌓인 두 개의 더미로 이루어져 있다.
한 더미는 z=2 에서 반지름 0 으로 시작한다.
z 가 커짐에 따라 반지름이 커진다.
다른 더미는 z=0 에서 반지름 0 으로 시작한다.
z 가 작아짐에 따라 반지름이 커진다.
이 곡면은 이엽쌍곡면이다. 다음은 두 개의 그림이다. 왼쪽 그림은 곡면 중 제1팔분공간에 있는 부분의 그림이다. 오른쪽 그림은 곡면 전체의 그림이다.
원본 교재 풀이(영어)
(a)
We can rewrite the equation as
x2+y2=(z−1)2−1
The right hand side is negative for ∣z−1∣<1, i.e. for 0<z<2.
So no point on the surface has 0<z<2. For any
fixed z, outside that range, the curve x2+y2=(z−1)2−1
is the circle of radius (z−1)2−1 centred on the z–axis.
That radius is 0 when z=0,2 and increases as z moves away from
z=0,2. For very large ∣z∣, the radius increases roughly linearly with
∣z∣. Here is a sketch of some level curves.
(b)
The surface consists of two stacks of circles.
One stack starts with radius 0 at z=2.
The radius increases as z increases.
The other stack starts with radius 0 at z=0.
The radius increases as z decreases.
This surface is a hyperboloid of two sheets. Here are two
sketchs. The sketch on the left is of the part of the surface in the
first octant. The sketch on the right of the full surface.
고정된 각 z 에 대해 4x2+y2=1+z2 은 타원이다. 따라서 이 곡면은
타원이 차곡차곡 쌓인 모양이다. 반축의 길이는
211+z2 과 1+z2 이다. 이 값들은 z=0 일 때
(즉 xy 평면 위의 타원일 때) 가장 작고 ∣z∣ 가 커짐에 따라 커진다.
곡면과 xz 평면(즉 평면 y=0)의 교선은 쌍곡선 4x2−z2=1 이고, 곡면과
yz 평면(즉 평면 x=0)의 교선은 쌍곡선 y2−z2=1 이다.
다음은 곡면의 두 그림이다. 왼쪽 그림은 곡면 중 제1팔분공간에 있는 부분만
(좌표축과 함께) 보여 준다.
원본 교재 풀이(영어)
For each fixed z, 4x2+y2=1+z2 is an ellipse. So the surface
consists of a stack of ellipses one on top of the other. The semi axes are
211+z2 and 1+z2. These are smallest when z=0
(i.e. for the ellipse in the xy-plane) and increase as ∣z∣ increases.
The intersection of the surface with the xz-plane (i.e. with the plane y=0) is the hyperbola 4x2−z2=1 and the intersection with
the yz-pane (i.e. with the plane x=0) is the hyperbola y2−z2=1.
Here are two sketches of the surface. The sketch on the left only shows
the part of the surface in the first octant (with axes).
(a)
그래프는 (x,y) 가 0≤x≤2π, 0≤y≤1 의 범위를 움직일 때의 z=sinx 이다. 0 과 1 사이의 고정된 각 y0 에 대해, 이 그래프와 수직 평면 y=y0 의 교선은 x 가 0 부터 2π 까지 변하는 같은 사인 그래프 z=sinx 이다. 따라서 전체 그래프는 2차원 사인 그래프를 나란히 쌓아 놓은 것과 같다. 이것이 아래 왼쪽의 그래프이다.
(b)
그래프는 z=x2+y2 이다. 고정된 각 z0≥0 에 대해, 이 그래프와 수평 평면 z=z0 의 교선은 원 x2+y2=z0 이다. 이 원은 z축 위에 중심이 있고 반지름이 z0 이다. 따라서 그래프는 원뿔의 위쪽 절반이다. 이것이 위 오른쪽의 그림이다.
(c)
그래프는 z=∣x∣+∣y∣ 이다. 고정된 각 z0≥0 에 대해, 이 그래프와 수평 평면 z=z0 의 교선은 정사각형 ∣x∣+∣y∣=z0 이다. x,y≥0 인 정사각형의 변은 직선 x+y=z0 이다. x≥0 이고 y≤0 인 정사각형의 변은 직선 x−y=z0 이며, 나머지 변도 같은 방식이다. 정사각형의 네 꼭짓점은 (±z0,0,z0) 와 (0,±z0,z0) 이다. 따라서 그래프는 정사각형을 쌓아 놓은 것이다. 이것은 거꾸로 세워진 사각뿔이다. 이 사각뿔 중 제1팔분공간(즉, x,y,z≥0)에 있는 부분이 아래의 그림이다.
원본 교재 풀이(영어)
(a)
The graph is z=sinx with (x,y) running over
0≤x≤2π, 0≤y≤1. For each fixed y0 between 0 and 1,
the intersection of this graph with the vertical plane y=y0 is the
same sin graph z=sinx with x running from 0 to 2π. So the whole
graph is just a bunch of 2-d sin graphs stacked side-by-side. This gives
the graph on the left below.
(b)
The graph is z=x2+y2. For each fixed z0≥0,
the intersection of this graph with the horizontal plane z=z0 is the
circle x2+y2=z0. This circle is centred on the z-axis
and has radius z0. So the graph is the upper half of a cone. It is the
sketch on the right above.
(c)
The graph is z=∣x∣+∣y∣. For each fixed z0≥0,
the intersection of this graph with the horizontal plane z=z0 is the
square ∣x∣+∣y∣=z0. The side of the square with x,y≥0 is the straight
line x+y=z0. The side of the square with x≥0 and y≤0 is
the straight line x−y=z0 and so on. The four corners of the square are
(±z0,0,z0) and (0,±z0,z0). So the graph is a stack of squares.
It is an upside down four-sided pyramid. The part of the pyramid in the
first octant (that is, x,y,z≥0) is the sketch below.
(a) 4x2+y2=16
(b) x+y+2z=4
(c) 9y2+4z2=1+16x2
(d) y2=x2+z2
(e) 9x2+12y2+9z2=1
(f) x2+y2+z2+4x−by+9z−b=0 단, b 는 상수이다.
(g) 4x=4y2+9z2
(h) z=x2
영어 원문 보기
Sketch and describe the following surfaces.
(a) 4x2+y2=16
(b) x+y+2z=4
(c) 9y2+4z2=1+16x2
(d) y2=x2+z2
(e) 9x2+12y2+9z2=1
(f) x2+y2+z2+4x−by+9z−b=0 where b is a constant.
(g) 4x=4y2+9z2
(h) z=x2
정답·풀이 보기
(a)
고정된 각각의 z0 에 대해, 이 곡면의 z=z0 단면(xy 평면에 평행한 단면)은
원점을 중심으로 하는 타원이며, x 축 방향의 반축의 길이는 2, y 축 방향의 반축의 길이는
4 이다. 따라서 이것은 z 축에 평행한 타원기둥이다.
다음은 xy 평면 위쪽에 있는 곡면 부분의 개형이다.
(b)
이것은 세 점 (4,0,0), (0,4,0), (0,0,2) 를 지나는 평면이다.
다음은 제1팔분공간에 있는 평면 부분의 개형이다.
(c)
고정된 각각의 x0 에 대해, yz 평면에 평행한 x=x0
단면은 타원이며, y 축에 평행한 반축의 길이는
31+16x02, z 축에 평행한 반축의 길이는
21+16x02 이다.
x=0 에서 x 축을 따라 멀어질수록 타원은
1+16x2 에 비례하는 비율로 커지며, 이는 x 가 클 때
대략 4∣x∣ 이다.
이것을 일엽쌍곡면이라 한다. 이 곡면의
(d)
고정된 각각의 y0 에 대해, y=x0 단면(xz 평면에 평행한 단면)은
y 축을 중심으로 하고 반지름이 ∣y∣ 인 원이다. y0=0 일 때 반지름은
0 이다. xz 평면에서 어느 방향으로든 더 멀어질수록,
즉 ∣y0∣ 가 커질수록 반지름은 선형적으로(일정한 비율로) 커진다. 곡면 전체는
이러한 원들을 옆으로 쌓아 놓은 것이다. 이것은
y 축을 중심축으로 하는 원뿔이다.
(e)
이것은 원점을 중심으로 하는 타원면이며, x 축, y 축, z 축 방향의 반축의 길이는 각각 3,
12=23, 3 이다.
(f)
세 번 완전제곱식으로 고치면,
x2+y2+z2+4x−by+9z−b=0 일 필요충분조건은
(x+2)2+(y−2b)2+(z+29)2=b+4+4b2+481 이다.
이것은 반지름이 rb=21b2+4b+97 이고 중심이
21(−4,b,−9) 인 구이다.
(g)
곡면 위에는 x<0 인 점이 없다.
고정된 각각의 x0>0 에 대해, yz 평면에 평행한 단면 x=x0 는
x 축을 중심으로 하는 타원이며, y 축 방향의 반축의 길이는 x0,
z 축 방향의 반축의 길이는 23x0 이다. x0 가 커질수록,
즉 x 축을 따라 멀어질수록
타원은 x0 에 비례하는 비율로 커진다. 이것은
x 축을 축으로 하는 타원포물면이다.
(h)
이것을 포물기둥이라 한다. 고정된 임의의 y0 에 대해,
y=y0 단면(xz 평면에 평행한 단면)은 위로 열린
포물선 z=x2 이며, 이 포물선의 꼭짓점은 y 축 위에 있다.
원본 교재 풀이(영어)
(a)
For each fixed z0, the z=z0 cross-section (parallel to the xy-plane)
of this surface is an ellipse centered on the origin with
one semiaxis of length 2 along the x-axis and one semiaxis of length
4 along the y-axis. So this is an elliptic cylinder parallel to the z-axis.
Here is a sketch of the part of the surface above the xy–plane.
(b)
This is a plane through (4,0,0), (0,4,0) and (0,0,2).
Here is a sketch of the part of the plane in the first octant.
(c)
For each fixed x0, the x=x0
cross-section parallel to the yz-plane is an ellipse with semiaxes
31+16x02 parallel to the y-axis and
21+16x02 parallel to the z-axis.
As you move out along the x-axis, away from x=0, the ellipses grow
at a rate proportional to 1+16x2, which for large x
is approximately 4∣x∣.
This is called a hyperboloid of one sheet. Its
(d)
For each fixed y0, the y=x0 cross-section (parallel to the xz-plane)
is a circle of radius ∣y∣ centred on the y-axis. When y0=0 the radius
is 0. As you move further from the xz-plane, in either direction,
i.e. as ∣y0∣ increases, the radius grows linearly. The full surface
consists of a bunch of these circles stacked sideways. This is a
circular cone centred on the y-axis.
(e)
This is an ellipsoid centered on the origin with semiaxes 3,
12=23 and 3 along the x, y and z-axes, respectively.
(f)
Completing three squares, we have that
x2+y2+z2+4x−by+9z−b=0 if and only if
(x+2)2+(y−2b)2+(z+29)2=b+4+4b2+481.
This is a sphere of radius rb=21b2+4b+97 centered on
21(−4,b,−9).
(g)
There are no points on the surface with x<0.
For each fixed x0>0 the cross-section x=x0 parallel to the
yz-plane is an ellipse centred on the x–axis with semiaxes x0
in the y-axis direction and 23x0 in the z–axis
direction. As you increase x0, i.e. move out along the x-axis,
the ellipses grow at a rate proportional to x0. This is
an elliptic paraboloid with axis the x-axis.
(h)
This is called a parabolic cylinder. For any fixed y0, the
y=y0 cross-section (parallel to the xz-plane) is the upward
opening parabola z=x2 which has vertex on the y-axis.