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Topos Uranos

요약

이 수업은 강좌의 다섯 번째이자 마지막 단원을 연다. 이 단원은 공간 해석기하학을 다룬다. 이 수업은 단원을 이루는 네 수업과 그것들을 잇는 실마리를 소개한다. 강좌 I에서 배운 평면의 벡터는 길이와 각을 재는 내적을 갖춘 세 수의 순서쌍이 된다. 4단원의 3차 행렬식은 새로운 곱인 외적을 주고, 그와 함께 넓이와 부피를 재는 스칼라 삼중곱을 준다. 직선과 평면은 일차방정식으로 나타내어지고, 그 위치 관계는 랭크와 루셰-프로베니우스 정리로 판정된다. 그리고 이 모든 것이 모여 점, 직선, 평면 사이의 거리와 각을 잰다. 이 수업은 이러한 생각들의 역사적 배경을, 17세기에 평면 밖으로 거의 나가지 못한 데카르트와 페르마의 좌표에서 깁스와 헤비사이드의 벡터 해석과 결정학에 이르기까지 살펴본다. 지하철망의 두 터널을 통해 그것들을 낳은 문제, 곧 공간의 두 직선이 만나는지를 판정하고 만나지 않을 때 얼마나 떨어져 있는지를 재는 문제를 정확하게 정식화한다. 끝으로 이 강좌, 사이트의 다른 강좌, 그리고 과학과 기술에서 그것들이 다시 쓰이는 곳을 보여 준다.

학습 목표

  1. 단원의 수업 순서를 설명하고, 각 수업이 어떤 도구를 제공하며 행렬 단원과 강좌 I의 평면기하학에서 어떤 도구를 가져오는지 설명한다.
  2. 공간의 좌표, 내적, 외적, 벡터 해석을 역사적 맥락 속에 놓고, 각 생각이 해결하려고 했던 문제를 말한다.
  3. 공간의 두 직선이 만나는지에 대한 물음을 연립일차방정식으로 세우고, 첨가행렬의 랭크로 판정하며, 꼬인 위치에 있는 두 직선 사이의 최단 거리를 계산한다.
  4. 공간 해석기하학이 물리학, 컴퓨터 그래픽스, 로봇공학, 측지학, 위성 측위, 화학에서 쓰이는 경우를 알아본다.

입문 평가

단원을 시작하기 전에 출발점을 재어 보는 것이 좋다. 처음 여덟 문항은 두 문항씩 단원의 네 수업을 다루고, 아홉 번째 문항은 모델링 문제로, 구체적인 상황을 점과 직선 사이의 거리를 이용해 나타내도록 요구한다. 같은 기능은 마지막 종합 수업에서 다시 측정된다. 마지막 세 문항은 단원이 행렬 단원과 강좌 I에서 이미 알고 있다고 여기는 것을 확인한다. 이 자가 점검은 점수를 매기지 않는다. 무엇을 익혔고 어디에서 멈추어 살펴야 하는지 알기 위한 것이다.

입문 평가

단원을 시작하기 전에 출발점을 확인해 보세요. 짧은 자기 평가입니다. 점수가 매겨지지 않으며 결과는 브라우저에만 저장됩니다.

  1. 문제 1두 점 P=(1,−2,3)P = (1, -2, 3)과 Q=(3,1,9)Q = (3, 1, 9) 사이의 거리를 구하여라.

  2. 문제 2두 벡터 u⃗=(1,1,0)\vec{u} = \left( 1, 1, 0 \right)과 v⃗=(1,0,1)\vec{v} = \left( 1, 0, 1 \right)가 이루는 각은 얼마인가?

  3. 문제 3(1,2,0)×(0,1,3)\left( 1, 2, 0 \right) \times \left( 0, 1, 3 \right)을 계산하여라.

  4. 문제 4꼭짓점이 O=(0,0,0)O = (0, 0, 0), A=(1,2,0)A = (1, 2, 0), B=(0,1,3)B = (0, 1, 3), C=(2,0,1)C = (2, 0, 1)인 사면체의 부피를 구하여라.

  5. 문제 5A=(1,0,0)A = (1, 0, 0), B=(0,2,0)B = (0, 2, 0), C=(0,0,2)C = (0, 0, 2)을 지나는 평면의 방정식은 무엇인가?

  6. 문제 6두 직선 (1,0,0)+t(1,1,0)\left( 1, 0, 0 \right) + t \left( 1, 1, 0 \right)과 (0,1,1)+s(1,−1,0)\left( 0, 1, 1 \right) + s \left( 1, -1, 0 \right)의 위치 관계는 무엇인가?

  7. 문제 7점 P=(1,2,3)P = (1, 2, 3)과 평면 2x−y+2z=12x - y + 2z = 1 사이의 거리를 구하여라.

  8. 문제 8방향벡터가 (1,0,1)\left( 1, 0, 1 \right)인 직선과 평면 x+y=0x + y = 0가 이루는 각은 얼마인가?

  9. 문제 9드론이 공원의 점 O=(0,0,0)O = (0, 0, 0)에서 이륙하여 벡터 (2,2,1)\left( 2, 2, 1 \right)의 방향으로 똑바로 상승한다. 거리의 단위는 미터이다. 지면의 점 P=(12,6,0)P = (12, 6, 0)에 한 사람이 앉아 있다. 드론은 이 사람에게서 최소 몇 미터 떨어진 곳을 지나가는가?

  10. 문제 10이전 단원에서행이 (1,2,0)\left( 1, 2, 0 \right), (3,1,2)\left( 3, 1, 2 \right), (0,1,1)\left( 0, 1, 1 \right)인 행렬의 행렬식을 계산하여라.

  11. 문제 11이전 단원에서미지수가 두 개인 일차방정식 세 개로 이루어진 연립방정식의 계수행렬의 랭크는 22이고, 첨가행렬의 랭크는 33이다. 해는 몇 개인가?

  12. 문제 12이전 단원에서kk의 값이 얼마일 때 평면벡터 (3,−1)\left( 3, -1 \right)와 (2,k)\left( 2, k \right)이 수직인가?