요약
이 수업은 평면 해석기하학에 관한 단원을 연다. 입문 평가를 제시하고, 단원의 아홉 수업과 그것들을 잇는 실을 좌표와 직선의 방정식에서 원뿔곡선과 선형계획법까지 소개한다. 이 생각들의 역사를, 그리스 기하학의 원뿔곡선에서 페르마와 데카르트의 좌표기하학, 그리고 그것의 천문학, 역학, 경제학에의 응용에 이르기까지 따라간다. 그것들을 낳은 문제, 곧 기하학적 성질을 방정식으로, 방정식을 곡선으로 바꾸는 문제를 정육면체 배적 문제의 예와 함께 정식화하고, 이 강좌, 사이트의 다른 강좌, 그리고 과학과 기술에서 그것들이 다시 쓰이는 곳을 짚는다.
학습 목표
- 단원의 내용의 순서를 기술하고, 각 수업이 뒤의 수업들에 무엇을 보태는지를 설명한다.
- 원뿔곡선의 연구, 좌표기하학의 탄생, 선형계획법을 주요 인물들과 함께 역사적 맥락 속에 자리매김한다.
- 정육면체 배적 문제와 같은 고전적인 기하 문제를 좌표 사이의 연립방정식으로 옮기고, 그 해를 곡선들의 교점으로 해석한다.
- 강좌의 다른 주제와 다른 분야에서 이 단원이 만드는 도구들을 알아본다.
입문 평가
단원을 공부하기 전에 출발점을 재어 보는 것이 좋다. 이 자기 평가는 점수를 매기지 않으며, 어디에서 머물러야 할지를 알기 위한 것이다. 처음 아홉 문항은 단원의 아홉 내용 수업을 하나씩 차례로 다루고, 열째 문항은 자원 배분 문제를 세우고 풀기를 요구하며, 이 열 가지 기능은 마지막 종합 수업에서 다시 잰다. 마지막 세 문항은 이 단원이 앞 단원들에서 이미 안다고 전제하는 것, 곧 완전제곱식 만들기, 부호표, 절댓값을 확인한다.
단원을 시작하기 전에 출발점을 확인해 보세요. 짧은 자기 평가입니다. 점수가 매겨지지 않으며 결과는 브라우저에만 저장됩니다.
문제 1점 를 지나고 직선 에 수직인 직선의 방정식은 무엇인가?
주어진 직선에 평행하고 점 를 지나는 직선이다. 기울기 를 그대로 두고, 곱이 이 되는 기울기를 택하지 않았다.기울기가 이다. 기울기의 부호를 바꾸지 않고 역수를 취했으므로, 두 기울기의 곱은 이 되고 이 되지 않는다.기울기는 맞지만 주어진 직선의 상수항을 그대로 두었다. 점 는 이 방정식을 만족하지 않는다. 실제로 이다.주어진 직선의 기울기는 이고, 그에 수직인 직선의 기울기는 이다. 두 기울기의 곱이 이어야 하기 때문이다. 한 점과 기울기가 주어진 직선의 방정식에서 , 곧 을 얻는다.복습: 직선의 방정식과 직교좌표계
문제 2점 와 직선 사이의 거리를 구하여라.
정답:
점과 직선 사이의 거리 공식에 의하여 . 을 얻은 사람은 법선벡터 의 크기로 나누는 것을 잊었고, 를 얻은 사람은 절댓값을 잊었다. 거리는 음수가 아니다.문제 3초점이 이고 준선이 인 포물선의 방정식은 무엇인가?
의 역할을 혼동했다. 계수로 초점과 준선 사이의 거리()를 택했지만, 바르게는 초점과 꼭짓점 사이의 거리의 네 배를 택해야 하며, 초점과 꼭짓점 사이의 거리는 그 거리의 절반이다.수평인 축을 가진 포물선이다. 준선이 수평이므로 축은 연직이고, 제곱으로 나타나는 변수는 이다.아래로 열리지만, 초점이 준선보다 위에 있으므로 포물선은 위로 열린다.점 가 초점과 준선에서 같은 거리에 있을 조건은 이고, 이는 로 정리된다. 이것은 꼴이며 초점거리는 이다.복습: 포물선의 방정식: 정의와 성질
문제 4포물선 의 꼭짓점은 무엇인가?
음의 부호 없이 로 택했다. 가로 좌표가 인 점은 곡선 위에 있지만 꼭짓점은 아니다.로 계산하여 분모의 인수 를 빠뜨렸다. 는 축에 대하여 와 대칭인 점이며, 꼭짓점이 아니다.가로 좌표는 맞지만, 꼭짓점의 세로 좌표는 에서의 다항식의 값이며 상수항이 아니다.완전제곱식을 만들면 이다. 또한 , 로도 구할 수 있다.복습: 포물선의 특성화와 그래프
문제 5타원 의 두 초점 사이의 거리는 얼마인가?
정답:
로 나누면 를 얻고, , 이다. 에서 이며, 초점 사이의 거리는 이다. 를 얻은 사람은 중심과 한 초점 사이의 거리를 답했고, 을 쓴 사람은 쌍곡선의 관계식을 적용했다.복습: 타원과 원의 방정식
문제 6원 과 원 의 공통점은 몇 개인가?
중심 사이의 거리가 과 사이에 엄격하게 있으면 두 점에서 만난다. 여기서는 합과 같으므로 경계의 경우이다.중심 사이의 거리가 반지름의 합보다 크면 서로의 외부에 있다. 여기서는 그 합과 같으므로 두 원은 닿는다.내접하려면 중심 사이의 거리가 반지름의 차 과 같아야 하며, 합과 같아서는 안 된다.반지름은 과 이고, 중심 사이의 거리는 으로 반지름의 합과 같다. 두 원은 한 점에서만 닿고, 각각 다른 원의 외부에 있다.복습: 원: 접선, 위치 관계, 방멱
문제 7쌍곡선 의 점근선은 무엇인가?
몫을 뒤집었다. 점근선의 기울기는 , 곧 에 대응하는 반축을 에 대응하는 반축으로 나눈 것이다.반축 대신 반축의 제곱인 분모를 사용했다.이것은 이심률 이며, 이다. 점근선의 기울기가 아니다., 이므로 점근선은 이다. 곧 좌변을 영으로 놓아 얻는 직선들, 이다.복습: 쌍곡선의 방정식과 그 유도
문제 8방정식 은 무엇을 나타내는가?
의 부호가 종류를 알려 주지만, 우변을 보려면 완전제곱식을 만들어야 한다. 우변이 영이면 곡선은 두 직선으로 퇴화한다.과 의 계수의 부호가 반대이므로 타원일 수 없다.한 점만 나타나는 것은 이고 우변이 영일 때이다. 일 때는 영인 제곱의 차가 두 직선을 준다.완전제곱식을 만들면 이다. 이고 우변이 영이므로, 쌍곡선의 퇴화한 경우, 곧 두 직선의 쌍 이다.문제 9의 최댓값을, , , , 로 정해지는 영역에서 구하여라.
정답:
영역의 꼭짓점은 , , , 이고, 그 점들에서 의 값은 , , , 이다. 꼭짓점 정리에 의하여 최댓값은 이며 에서 얻는다. 을 얻은 사람은 두 비스듬한 직선의 교점만 계산했는데, 그 교점이 언제나 최적의 꼭짓점인 것은 아니다.복습: 평면에서의 부등식과 선형계획법
문제 10한 봉제 공방에서 셔츠와 바지를 만든다. 셔츠 한 벌에는 재단 시간과 봉제 시간이 필요하고, 바지 한 벌에는 재단 시간과 봉제 시간이 필요하다. 매일 재단 시간과 봉제 시간을 쓸 수 있고, 셔츠 한 벌에 화폐 단위, 바지 한 벌에 화폐 단위의 이익을 얻는다. 하루에 얻을 수 있는 최대 이익은 얼마인가?
정답:
셔츠를 벌, 바지를 벌 만든다고 하면, 제약 조건은 , , , 이고 이익은 이다. 꼭짓점은 , , , 이고, 이익은 각각 , , , 이다. 최댓값은 이며, 셔츠 벌과 바지 벌일 때이다. 또는 을 얻은 사람은 축과의 교점만 계산했고, 재단 시간과 봉제 시간이 동시에 다 쓰이는 꼭짓점을 놓쳤다.복습: 평면에서의 부등식과 선형계획법
문제 11이전 단원에서식 이, 가 실수 전체를 움직일 때 갖는 최솟값은 얼마인가?
정답:
완전제곱식을 만들면 이고, 제곱은 음수가 아니므로 최솟값은 이며 일 때 얻는다. 을 얻은 사람은 에서의 값을 택했고, 을 얻은 사람은 이라고 쓰면서, 를, 완전제곱식을 만들 때 남는 항 에 곱하는 것을 잊었다.문제 12이전 단원에서부등식 의 해집합은 무엇인가?
다항식이 양수인 집합이다. 두 근의 바깥에서는 두 인수의 부호가 같다.의 근은 와 이다. 부호를 바꾸어 택했다.다항식은 으로 인수분해된다. 부호표에 의하여, 두 인수의 부호가 서로 다를 때, 곧 두 근 사이에서 곱이 음수이다.복습: 부호표와 부등식
문제 13이전 단원에서부등식 의 해집합은 무엇인가?
만 풀고, 절댓값은 아래로도 제한한다는 것, 곧 을 잊었다.의 해집합이다. 와 사이의 거리가 를 넘지 않는 것은 두 끝점 사이이며, 그 바깥이 아니다.이 부등식은 , 곧 과 동치이고, 여기서 이다.
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