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

147문제 · 7 / 8쪽

121.APEX · 10.2절 · 35번대학 수준우리말 번역

무게가 pplb인 추가 길이 ℓ\ell 인 사슬에 매달려 있고, 상수 힘 F⃗w\vec F_w 가 추를 오른쪽으로 밀어 아래 그림과 같이 수직 방향과 각 θ\theta 를 이룬다.

그림

연습문제 33–36에서 힘 F⃗w\vec F_w 와 길이 ℓ\ell 이 주어진다. 각 θ\theta 와, 추가 오른쪽으로 움직일 때 추가 들어 올려지는 높이를 구하세요.

F⃗w=1\vec F_w=1lb, ℓ=10\ell = 10ft, p=1p = 1lb

영어 원문 보기

A weight of pplb is suspended from a chain of length ℓ\ell while a constant force of F⃗w\vec F_w pushes the weight to the right, making an angle of θ\theta with the vertical, as shown in the figure below.

figure

In Exercises 33–36, a force F⃗w\vec F_w and length ℓ\ell are given. Find the angle θ\theta and the height the weight is lifted as it moves to the right.

F⃗w=1\vec F_w=1lb, ℓ=10\ell = 10ft, p=1p = 1lb

정답·풀이 보기

θ=45∘\theta = 45^\circ; 추는 2.932.93 ft 들어 올려진다.

원본 교재 풀이(영어)

θ=45∘\theta = 45^\circ; the weight is lifted 2.932.93 ft.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 10.2절 · 2번
# 벡터의 연산그래프·표 해석자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
122.APEX · 10.2절 · 36번대학 수준우리말 번역

무게가 pplb인 추가 길이 ℓ\ell 인 사슬에 매달려 있고, 상수 힘 F⃗w\vec F_w 가 추를 오른쪽으로 밀어 아래 그림과 같이 수직 방향과 각 θ\theta 를 이룬다.

그림

연습문제 33–36에서 힘 F⃗w\vec F_w 와 길이 ℓ\ell 이 주어진다. 각 θ\theta 와, 추가 오른쪽으로 움직일 때 추가 들어 올려지는 높이를 구하세요.

F⃗w=10\vec F_w=10lb, ℓ=10\ell = 10ft, p=1p = 1lb

영어 원문 보기

A weight of pplb is suspended from a chain of length ℓ\ell while a constant force of F⃗w\vec F_w pushes the weight to the right, making an angle of θ\theta with the vertical, as shown in the figure below.

figure

In Exercises 33–36, a force F⃗w\vec F_w and length ℓ\ell are given. Find the angle θ\theta and the height the weight is lifted as it moves to the right.

F⃗w=10\vec F_w=10lb, ℓ=10\ell = 10ft, p=1p = 1lb

정답·풀이 보기

θ=84.29∘\theta = 84.29^\circ; 추는 99 ft 들어 올려진다.

원본 교재 풀이(영어)

θ=84.29∘\theta = 84.29^\circ; the weight is lifted 99 ft.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.2절 · 26번
# 벡터의 연산그래프·표 해석자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
123.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
124.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
125.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
126.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
127.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
128.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
129.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
130.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
131.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
132.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
133.CLP-3 · 1.2절 · 16번대학 수준우리말 번역

구의 지름 하나의 양 끝점이 (2,1,4)(2,1,4) 와 (4,3,10)(4,3,10) 일 때, 이 구의 방정식을 구하세요.

영어 원문 보기

Find the equation of a sphere if one of its diameters has end points (2,1,4)(2,1,4) and (4,3,10)(4,3,10).

정답·풀이 보기

구의 중심은 12{(2,1,4)+(4,3,10)}=(3,2,7)\tfrac{1}{2}\big\{(2,1,4)+(4,3,10)\big\}=(3,2,7) 이다. 지름(즉 반지름의 2배)은 ∣(2,1,4)−(4,3,10)∣=∣(−2,−2,−6)∣=2∣(1,1,3)∣=211|(2,1,4)-(4,3,10)|=|(-2,-2,-6)|=2|(1,1,3)|=2\sqrt{11} 이다. 따라서 구의 반지름은 11\sqrt{11} 이고 구의 방정식은 다음과 같다.

(x−3)2+(y−2)2+(z−7)2=11(x-3)^2+(y-2)^2+(z-7)^2=11

원본 교재 풀이(영어)

The center of the sphere is 12{(2,1,4)+(4,3,10)}=(3,2,7)\tfrac{1}{2}\big\{(2,1,4)+(4,3,10)\big\}=(3,2,7). The diameter (i.e. twice the radius) is ∣(2,1,4)−(4,3,10)∣=∣(−2,−2,−6)∣=2∣(1,1,3)∣=211|(2,1,4)-(4,3,10)|=|(-2,-2,-6)|=2|(1,1,3)|=2\sqrt{11}. So the radius of the sphere is 11\sqrt{11} and the equation of the sphere is

(x−3)2+(y−2)2+(z−7)2=11(x-3)^2+(y-2)^2+(z-7)^2=11

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.2절 · 17번
# 벡터의 연산계산보통자동 분류
134.CLP-3 · 1.2절 · 17번대학 수준우리말 번역

벡터를 이용하여 삼각형의 두 변의 중점을 잇는 선분이 나머지 한 변과 평행하고 그 길이가 나머지 한 변의 길이의 절반임을 증명하세요.

영어 원문 보기

Use vectors to prove that the line joining the midpoints of two sides of a triangle is parallel to the third side and half its length.

정답·풀이 보기

삼각형의 꼭짓점을 AA, BB, CC 라 하고, CC 는 두 변이 만나는 꼭짓점이라 하자. 좌표계는 언제든지 CC 가 원점에 오도록 잡을 수 있다. CC 에서 AA 로 향하는 벡터를 a\mathbf{a}, CC 에서 BB 로 향하는 벡터를 b\mathbf{b} 라 하자.

그림

  • 그러면 CC 에서 CC 와 AA 를 잇는 변의 중점으로 향하는 벡터는 12a\tfrac{1}{2}\mathbf{a} 이고,
  • CC 에서 CC 와 BB 를 잇는 변의 중점으로 향하는 벡터는 12b\tfrac{1}{2}\mathbf{b} 이므로,
  • 두 중점을 잇는 벡터는 12b−12a\tfrac{1}{2}\mathbf{b}-\tfrac{1}{2}\mathbf{a} 이다.

AA 에서 BB 로 향하는 벡터는 b−a=2[12b−12a]\mathbf{b}-\mathbf{a}=2\big[\tfrac{1}{2}\mathbf{b}-\tfrac{1}{2}\mathbf{a}\big] 이므로, 두 중점을 잇는 선분은 나머지 한 변과 평행하고 그 길이는 나머지 한 변의 길이의 절반이다.

원본 교재 풀이(영어)

Call the vertices of the triangle AA, BB and CC with CC being the vertex that joins the two sides. We can always choose our coordinate system so that CC is at the origin. Let a\mathbf{a} be the vector from CC to AA and b\mathbf{b} be the vector from CC to BB.

figure

  • Then the vector from CC to the midpoint of the side from CC to AA is 12a\tfrac{1}{2}\mathbf{a} and
  • the vector from CC to the midpoint of the side from CC to BB is 12b\tfrac{1}{2}\mathbf{b} so that
  • the vector joining the two midpoints is 12b−12a\tfrac{1}{2}\mathbf{b}-\tfrac{1}{2}\mathbf{a}.

As the vector from AA to BB is b−a=2[12b−12a]\mathbf{b}-\mathbf{a}=2\big[\tfrac{1}{2}\mathbf{b}-\tfrac{1}{2}\mathbf{a}\big], the line joining the midpoints is indeed parallel to the third side and half its length.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.2절 · 7번
# 벡터의 연산증명·논술보통자동 분류
135.CLP-3 · 1.2절 · 19번대학 수준우리말 번역

다음과 같이 정의된 평면 WW 를 생각하세요.

W : −x+3y+3z=6,W\ :\ -x + 3y + 3z = 6,\qquad

WW 위에서 0≤x≤30 \le x \le 3, 0≤y≤20 \le y \le 2 로 정의되는 평행사변형의 넓이를 구하세요.

영어 원문 보기

Consider the plane WW, defined by:

W : −x+3y+3z=6,W\ :\ -x + 3y + 3z = 6,\qquad

Find the area of the parallelogram on WW defined by 0≤x≤30 \le x \le 3, 0≤y≤20 \le y \le 2.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

다음에 유의한다.

  • WW 위의 점 중 x=0x=0, y=0y=0 인 점은 −0+3(0)+3z=6-0+3(0)+3z=6 을 만족시키므로 z=2z=2 이다.
  • WW 위의 점 중 x=0x=0, y=2y=2 인 점은 −0+3(2)+3z=6-0+3(2)+3z=6 을 만족시키므로 z=0z=0 이다.
  • WW 위의 점 중 x=3x=3, y=0y=0 인 점은 −3+3(0)+3z=6-3+3(0)+3z=6 을 만족시키므로 z=3z=3 이다.
  • WW 위의 점 중 x=3x=3, y=2y=2 인 점은 −3+3(2)+3z=6-3+3(2)+3z=6 을 만족시키므로 z=1z=1 이다.

따라서 평행사변형의 네 꼭짓점은 (0,0,2)(0,0,2), (0,2,0)(0,2,0), (3,0,3)(3,0,3), (3,2,1)(3,2,1) 이다. 벡터

d1=<0−0 , 2−0 , 0−2>=<0 , 2 , −2>d2=<3−0 , 0−0 , 3−2>=<3 , 0 , 1>\begin{aligned} \mathbf{d}_1&=\left< 0-0 \,,\, 2-0 \,,\, 0-2 \right> = \left< 0 \,,\, 2 \,,\, -2\right> \\ \mathbf{d}_2&=\left< 3-0 \,,\, 0-0 \,,\, 3-2 \right> = \left< 3 \,,\, 0 \,,\, 1\right> \end{aligned}

는 평행사변형의 두 변을 이룬다. 따라서 평행사변형의 넓이는

∣d1×d2∣=∣det⁡[ı^ȷ^k^02−2301]∣=∣2 ı^−6 ȷ^−6k^∣=76=219\begin{aligned} \big|\mathbf{d}_1\times\mathbf{d}_2\big| =\left|\det\left[\begin{matrix} \hat{\boldsymbol{\imath}} & \hat{\boldsymbol{\jmath}} & \hat{\mathbf{k}} \\ 0 & 2 & -2 \\ 3 & 0 & 1 \end{matrix}\right]\right| =\left| 2\,\hat{\boldsymbol{\imath}} - 6\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} -6\hat{\mathbf{k}} \right| =\sqrt{76} =2\sqrt{19} \end{aligned}

이다.

원본 교재 풀이(영어)

Note that

  • the point on WW with x=0x=0, y=0y=0 obeys −0+3(0)+3z=6-0+3(0)+3z=6 and so has z=2z=2
  • the point on WW with x=0x=0, y=2y=2 obeys −0+3(2)+3z=6-0+3(2)+3z=6 and so has z=0z=0
  • the point on WW with x=3x=3, y=0y=0 obeys −3+3(0)+3z=6-3+3(0)+3z=6 and so has z=3z=3
  • the point on WW with x=3x=3, y=2y=2 obeys −3+3(2)+3z=6-3+3(2)+3z=6 and so has z=1z=1

So the four corners of the parallelogram are (0,0,2)(0,0,2), (0,2,0)(0,2,0), (3,0,3)(3,0,3) and (3,2,1)(3,2,1). The vectors

d1=<0−0 , 2−0 , 0−2>=<0 , 2 , −2>d2=<3−0 , 0−0 , 3−2>=<3 , 0 , 1>\begin{aligned} \mathbf{d}_1&=\left< 0-0 \,,\, 2-0 \,,\, 0-2 \right> = \left< 0 \,,\, 2 \,,\, -2\right> \\ \mathbf{d}_2&=\left< 3-0 \,,\, 0-0 \,,\, 3-2 \right> = \left< 3 \,,\, 0 \,,\, 1\right> \end{aligned}

form two sides of the paralleogram. So the area of the parallelogram is

∣d1×d2∣=∣det⁡[ı^ȷ^k^02−2301]∣=∣2 ı^−6 ȷ^−6k^∣=76=219\begin{aligned} \big|\mathbf{d}_1\times\mathbf{d}_2\big| =\left|\det\left[\begin{matrix} \hat{\boldsymbol{\imath}} & \hat{\boldsymbol{\jmath}} & \hat{\mathbf{k}} \\ 0 & 2 & -2 \\ 3 & 0 & 1 \end{matrix}\right]\right| =\left| 2\,\hat{\boldsymbol{\imath}} - 6\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} -6\hat{\mathbf{k}} \right| =\sqrt{76} =2\sqrt{19} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 2장 복습 · 15번
# 벡터의 연산활용보통자동 분류
136.CLP-3 · 1.2절 · 24번대학 수준우리말 번역

u=−2ı^+5ȷ^\mathbf{u}=-2\hat{\boldsymbol{\imath}}+5\hat{\boldsymbol{\jmath}}, v=αı^−2ȷ^\mathbf{v}=\alpha \hat{\boldsymbol{\imath}}-2\hat{\boldsymbol{\jmath}} 라 하자. 다음을 만족시키는 α\alpha 를 구하세요.

(a) u⊥v\mathbf{u}\perp\mathbf{v} (b) u∥v\mathbf{u} \| \mathbf{v} (c) u\mathbf{u} 와 v\mathbf{v} 가 이루는 각이 60∘60^\circ 이다.

영어 원문 보기

Let u=−2ı^+5ȷ^\mathbf{u}=-2\hat{\boldsymbol{\imath}}+5\hat{\boldsymbol{\jmath}} and v=αı^−2ȷ^\mathbf{v}=\alpha \hat{\boldsymbol{\imath}}-2\hat{\boldsymbol{\jmath}}. Find α\alpha so that

(a) u⊥v\mathbf{u}\perp\mathbf{v} (b) u∥v\mathbf{u} \| \mathbf{v} (c) The angle between u\mathbf{u} and v\mathbf{v} is 60∘60^\circ.

정답·풀이 보기

(a) 0=u⋅v=−2α−100=\mathbf{u}\cdot\mathbf{v}=-2\alpha -10 이어야 하므로 α=−5\alpha =-5 이다.

(b) −2/α=5/(−2)-2/\alpha =5/(-2) 이어야 하므로 α=0.8\alpha =0.8 이다.

(c) u⋅v=−2α−10=∣u∣ ∣v∣ cos⁡60∘=29 α2+4 12\mathbf{u}\cdot\mathbf{v}=-2\alpha -10 =|\mathbf{u}|\,|\mathbf{v}|\,\cos 60^\circ =\sqrt{29}\,\sqrt{\alpha ^2+4}\,\tfrac{1}{2} 이어야 한다. 양변을 제곱하면

4α2+40α+100=294(α2+4)  ⟹  13α2−160α−284=0  ⟹  α=160±1602+4×13×28426≈13.88 또는 −1.574\begin{aligned} & & 4\alpha ^2+40\alpha +100&=\frac{29}{4}(\alpha ^2+4) \\ &\implies\quad & 13\alpha ^2-160\alpha -284&=0 \\ &\implies\quad & \alpha &=\frac{160\pm\sqrt{160^2+4\times13\times284}}{26} \approx 13.88\text{ 또는 }-1.574 \end{aligned}

이 두 α\alpha 값 모두 u⋅v<0\mathbf{u}\cdot\mathbf{v}<0 이므로 조건을 만족시키는 α\alpha 는 없다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) We want 0=u⋅v=−2α−100=\mathbf{u}\cdot\mathbf{v}=-2\alpha -10 or α=−5\alpha =-5.

(b) We want −2/α=5/(−2)-2/\alpha =5/(-2) or α=0.8\alpha =0.8.

(c) We want u⋅v=−2α−10=∣u∣ ∣v∣ cos⁡60∘=29 α2+4 12\mathbf{u}\cdot\mathbf{v}=-2\alpha -10 =|\mathbf{u}|\,|\mathbf{v}|\,\cos 60^\circ =\sqrt{29}\,\sqrt{\alpha ^2+4}\,\tfrac{1}{2}. Squaring both sides gives

4α2+40α+100=294(α2+4)  ⟹  13α2−160α−284=0  ⟹  α=160±1602+4×13×28426≈13.88 or −1.574\begin{aligned} & & 4\alpha ^2+40\alpha +100&=\frac{29}{4}(\alpha ^2+4) \\ &\implies\quad & 13\alpha ^2-160\alpha -284&=0 \\ &\implies\quad & \alpha &=\frac{160\pm\sqrt{160^2+4\times13\times284}}{26} \approx 13.88\text{ or }-1.574 \end{aligned}

Both of these α\alpha 's give u⋅v<0\mathbf{u}\cdot\mathbf{v}<0 so no α\alpha works.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 2.1절 · 17번
# 벡터의 연산계산보통자동 분류
137.CLP-3 · 1.2절 · 25번대학 수준우리말 번역

a=<1,2,3>\mathbf{a}=\left< 1,2,3\right>, b=<4,10,6>\mathbf{b}=\left< 4,10,6\right> 이라 하자.

(a) a\mathbf{a} 방향으로의 b\mathbf{b} 의 성분을 구하세요. (b) a\mathbf{a} 위로의 b\mathbf{b} 의 정사영을 구하세요. (c) a\mathbf{a} 에 수직인 방향으로의 b\mathbf{b} 의 정사영을 구하세요.

영어 원문 보기

Define a=<1,2,3>\mathbf{a}=\left< 1,2,3\right> and b=<4,10,6>\mathbf{b}=\left< 4,10,6\right>.

(a) Find the component of b\mathbf{b} in the direction a\mathbf{a}. (b) Find the projection of b\mathbf{b} on a\mathbf{a}. (c) Find the projection of b\mathbf{b} perpendicular to a\mathbf{a}.

정답·풀이 보기

(a) a\mathbf{a} 방향으로의 b\mathbf{b} 의 성분은 b⋅a∣a∣=1×4+2×10+3×61+4+9=4214\mathbf{b}\cdot\frac{\mathbf{a}}{|\mathbf{a}|} =\frac{1\times 4+2\times 10+3\times 6}{\sqrt{1+4+9}} =\text{$\frac{42}{\sqrt{14}}$} 이다.

(b) a\mathbf{a} 위로의 b\mathbf{b} 의 정사영은 길이가 42/1442/\sqrt{14} 이고 방향이 a/∣a∣\mathbf{a}/|\mathbf{a}| 인 벡터, 즉 4214<1,2,3>=<3,6,9>\frac{42}{14}\left< 1,2,3\right>=\left< 3,6,9\right> 이다.

(c) a\mathbf{a} 에 수직인 방향으로의 b\mathbf{b} 의 정사영은 b\mathbf{b} 에서 a\mathbf{a} 위로의 정사영을 뺀 벡터, 즉 <4,10,6>−<3,6,9>=<1,4,−3>\left< 4,10,6\right>-\left< 3,6,9\right>=\left< 1,4,-3\right> 이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) The component of b\mathbf{b} in the direction a\mathbf{a} is b⋅a∣a∣=1×4+2×10+3×61+4+9=4214\mathbf{b}\cdot\frac{\mathbf{a}}{|\mathbf{a}|} =\frac{1\times 4+2\times 10+3\times 6}{\sqrt{1+4+9}} =\text{$\frac{42}{\sqrt{14}}$}

(b) The projection of b\mathbf{b} on a\mathbf{a} is a vector of length 42/1442/\sqrt{14} in direction a/∣a∣\mathbf{a}/|\mathbf{a}|, namely 4214<1,2,3>=<3,6,9>\frac{42}{14}\left< 1,2,3\right>=\left< 3,6,9\right>.

(c) The projection of b\mathbf{b} perpendicular to a\mathbf{a} is b\mathbf{b} minus its projection on a\mathbf{a}, namely <4,10,6>−<3,6,9>=<1,4,−3>\left< 4,10,6\right>-\left< 3,6,9\right>=\left< 1,4,-3\right>.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 2장 복습 · 11번
# 벡터의 연산계산보통자동 분류
138.CLP-3 · 1.2절 · 26번대학 수준우리말 번역

<1,2,3>×<4,5,6>\left< 1,2,3\right>\times\left< 4,5,6\right> 을 계산하세요.

영어 원문 보기

Compute <1,2,3>×<4,5,6>\left< 1,2,3\right>\times\left< 4,5,6\right>.

정답·풀이 보기

<1,2,3>×<4,5,6>=det⁡[ı^ȷ^k^123456]=ı^ (2×6−3×5)−ȷ^ (1×6−3×4)+k^ (1×5−2×4)=−3 ı^+6 ȷ^−3 k^\begin{aligned} \left< 1,2,3\right>\times\left< 4,5,6\right> &=\det\left[\begin{matrix}\hat{\boldsymbol{\imath}}&\hat{\boldsymbol{\jmath}} &\hat{\mathbf{k}} \\ 1&2&3 \\ 4&5&6\end{matrix}\right] =\hat{\boldsymbol{\imath}}\,(2\times 6-3\times 5) -\hat{\boldsymbol{\jmath}}\,(1\times 6-3\times 4) +\hat{\mathbf{k}}\,(1\times 5-2\times 4) \\ &=-3\,\hat{\boldsymbol{\imath}}+6\,\hat{\boldsymbol{\jmath}}-3\,\hat{\mathbf{k}} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

<1,2,3>×<4,5,6>=det⁡[ı^ȷ^k^123456]=ı^ (2×6−3×5)−ȷ^ (1×6−3×4)+k^ (1×5−2×4)=−3 ı^+6 ȷ^−3 k^\begin{aligned} \left< 1,2,3\right>\times\left< 4,5,6\right> &=\det\left[\begin{matrix}\hat{\boldsymbol{\imath}}&\hat{\boldsymbol{\jmath}} &\hat{\mathbf{k}} \\ 1&2&3 \\ 4&5&6\end{matrix}\right] =\hat{\boldsymbol{\imath}}\,(2\times 6-3\times 5) -\hat{\boldsymbol{\jmath}}\,(1\times 6-3\times 4) +\hat{\mathbf{k}}\,(1\times 5-2\times 4) \\ &=-3\,\hat{\boldsymbol{\imath}}+6\,\hat{\boldsymbol{\jmath}}-3\,\hat{\mathbf{k}} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 2.1절 · 11번
# 벡터의 연산계산보통자동 분류
139.CLP-3 · 1.2절 · 30번대학 수준우리말 번역

단위 질량의 입자 PP 의 시각 tt 에서의 공간상 위치가 r(t)\mathbf{r}(t) 일 때, 이 입자의 각운동량은 L(t)=r(t)×r′(t)L(t)=\mathbf{r}(t)\times\mathbf{r}'(t) 이다. 어떤 스칼라 함수 ρ\rho 에 대해 r′′(t)=ρ(t)r(t)\mathbf{r}''(t)=\rho(t)\mathbf{r}(t) 이면, LL 이 상수, 즉 시간에 따라 변하지 않음을 보이세요. 여기서 ′' 은 ddt\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} 를 뜻한다.

영어 원문 보기

A particle PP of unit mass whose position in space at time tt is r(t)\mathbf{r}(t) has angular momentum L(t)=r(t)×r′(t)L(t)=\mathbf{r}(t)\times\mathbf{r}'(t). If r′′(t)=ρ(t)r(t)\mathbf{r}''(t)=\rho(t)\mathbf{r}(t) for a scalar function ρ\rho, show that LL is constant, i.e. does not change with time. Here ′' denotes ddt\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}.

정답·풀이 보기

LL 의 도함수는

dLdt=ddt(r(t)×r′(t))=r′(t)×r′(t)+r(t)×r′′(t)=r′(t)×r′(t)+r(t)×(ρ(t)r(t))\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}L}{\mathrm{d}t}=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\big(\mathbf{r}(t)\times\mathbf{r}'(t)\big) =\mathbf{r}'(t)\times\mathbf{r}'(t)+\mathbf{r}(t)\times\mathbf{r}''(t) =\mathbf{r}'(t)\times\mathbf{r}'(t)+\mathbf{r}(t)\times\big(\rho(t)\mathbf{r}(t)\big) \end{aligned}

이다. 평행한 두 벡터의 외적은 영벡터이므로 두 항이 모두 0이 된다. 따라서 dLdt=0\frac{\mathrm{d}L}{\mathrm{d}t}=0 이고, L(t)L(t) 는 tt 에 관계없이 일정하다.

원본 교재 풀이(영어)

The derivative of LL is

dLdt=ddt(r(t)×r′(t))=r′(t)×r′(t)+r(t)×r′′(t)=r′(t)×r′(t)+r(t)×(ρ(t)r(t))\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}L}{\mathrm{d}t}=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\big(\mathbf{r}(t)\times\mathbf{r}'(t)\big) =\mathbf{r}'(t)\times\mathbf{r}'(t)+\mathbf{r}(t)\times\mathbf{r}''(t) =\mathbf{r}'(t)\times\mathbf{r}'(t)+\mathbf{r}(t)\times\big(\rho(t)\mathbf{r}(t)\big) \end{aligned}

Both terms vanish because the cross product of any two parallel vectors is zero. So dLdt=0\frac{\mathrm{d}L}{\mathrm{d}t}=0 and L(t)L(t) is independent of tt.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.2절 · 26번
# 벡터의 연산증명·논술보통자동 분류
140.CLP-3 · 1.2절 · 31번대학 수준우리말 번역

평행사변형의 두 대각선은 서로를 이등분함을 보이세요.

영어 원문 보기

Show that the diagonals of a parallelogram bisect each other.

정답·풀이 보기

벡터 a\mathbf{a} 와 b\mathbf{b} 로 결정되는 평행사변형의 꼭짓점은 0, a, b\mathbf{0},\ \mathbf{a},\ \mathbf{b}, a+b\mathbf{a}+\mathbf{b} 이다. tt 가 00 에서 11 까지 변할 때, t(a+b)t(\mathbf{a}+\mathbf{b}) 는 0\mathbf{0} 에서 a+b\mathbf{a}+\mathbf{b} 까지의 대각선을 지난다. ss 가 00 에서 11 까지 변할 때, a+s(b−a)\mathbf{a}+s(\mathbf{b}-\mathbf{a}) 는 a\mathbf{a} 에서 b\mathbf{b} 까지의 대각선을 지난다. 이 두 직선은 ss 와 tt 가 다음을 만족할 때 만난다.

t(a+b)=a+s(b−a)t(\mathbf{a}+\mathbf{b})=\mathbf{a}+s(\mathbf{b}-\mathbf{a})

즉

(t+s−1)a=(s−t)b(t+s-1)\mathbf{a}=(s-t)\mathbf{b}

a\mathbf{a} 와 b\mathbf{b} 가 평행하지 않다고 가정하면(즉 평행사변형이 선분으로 퇴화하지 않았다면), 이는 t+s−1=0t+s-1=0 이고 s−t=0s-t=0 일 때에만 성립한다. 즉 s=t=12s=t=\tfrac{1}{2} 이다. 따라서 두 직선은 각각의 중점에서 만난다.

원본 교재 풀이(영어)

The parallelogram determined by the vectors a\mathbf{a} and b\mathbf{b} has vertices 0, a, b\mathbf{0},\ \mathbf{a},\ \mathbf{b} and a+b\mathbf{a}+\mathbf{b}. As tt varies from 00 to 11, t(a+b)t(\mathbf{a}+\mathbf{b}) traverses the diagonal from 0\mathbf{0} to a+b\mathbf{a}+\mathbf{b}. As ss varies from 00 to 11, a+s(b−a)\mathbf{a}+s(\mathbf{b}-\mathbf{a}) traverses the diagonal from a\mathbf{a} to b\mathbf{b}. These two straight lines meet when ss and tt are such that

t(a+b)=a+s(b−a)t(\mathbf{a}+\mathbf{b})=\mathbf{a}+s(\mathbf{b}-\mathbf{a})

or

(t+s−1)a=(s−t)b(t+s-1)\mathbf{a}=(s-t)\mathbf{b}

Assuming that a\mathbf{a} and b\mathbf{b} are not parallel (i.e. the parallelogram has not degenerated to a line segment), this is the case only when t+s−1=0t+s-1=0 and s−t=0s-t=0. That is, s=t=12s=t=\tfrac{1}{2}. So the two lines meet at their midpoints.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-3 · 1.2절 · 25번
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