3
ΣΗΜΜΥ Μαθηματική Ανάλυση (Συναρτήσεις Πολλών Μεταβλητών - Διανυσματική Ανάλυση) Λύσεις του 10ου ϕυλλαδίου ασκήσεων Ασκηση 1. Να υπολογίσετε το επιϕανειακό ολοκλήρωμα του διανυσματικού πε- δίου F = (2x, 3y,z) πάνω στην επιϕάνεια που ϕράσσεται από το παραβολοειδές z =4 - x 2 - y 2 και από τον κυκλικό δίσκο, κέντρου (0, 0, 0) του xy- επιπέδου, ακτίνας 2. Λύση. Πρόκειται για την επιϕάνεια S η οποία είναι το σύνορο του κανονικού χωρίου W το οποίο αποτελείται από όλα τα (x, y, z) R 3 , για τα οποία ισχύει x 2 + y 2 4 και 0 z 4 - x 2 - y 2 . Εϕαρμόζοντας το Θεώρημα Gauss έχουμε ότι ∫∫ S F · dS = ∫∫∫ W ∇· F dV . Χρησιμοποιώντας κυλινδρικές συντεταγμένες και αϕού ∇· F =6 βρίσκουμε ότι ∫∫ S F · dS =6 2π 0 2 0 4-r 2 0 r dzdrdθ = 48π. Ασκηση 2. Να επαληθεύσετε το Θεώρημα Stokes για το διανυσματικό πεδίο F (x, y, z)=(y + x, x + z,z 2 ) και την επιϕάνεια του κώνου z 2 = x 2 + y 2 που βρίσκεται ανάμεσα στα επίπεδα z =0 και z =1. Λύση. Υπολογίζουμε πρώτα το επιϕανειακό ολοκλήρωμα. Αν S η δοσμένη επιϕάνεια μία παραμετρικοποίηση της είναι η Φ(r, θ)=(r cos θ, r sin θ, r) , 0 θ 2π, 0 r 1 . Υπολογίζουμε τα διανύσματα T r , T θ και βρίσκουμε ότι T r × T θ =(-r cos θ, -r sin θ, r) . Επίσης ∇× F =(-1, 0, 0) . Συνεπώς ∫∫ S ∇× F · dS = 2π 0 1 0 r cos θ drdθ =0 . 1

Solution4

Embed Size (px)

DESCRIPTION

ttt

Citation preview

  • SHMMUMajhmatik Anlush

    (Sunartseic Polln Metablhtn - Dianusmatik Anlush)Lseic tou 10ou fulladou asksewn

    Askhsh 1. Na upologsete to epifaneiak oloklrwma tou dianusmatiko pe-dou F = (2x; 3y; z) pnw sthn epifneia pou frssetai ap to paraboloeidcz = 4 x2 y2 kai ap ton kuklik dsko, kntrou (0; 0; 0) tou xy epipdou,aktnac 2.

    Lsh. Prkeitai gia thn epifneia S h opoa enai to snoro tou kanonikoqwrou W to opoo apoteletai ap la ta (x; y; z) 2 R3, gia ta opoa isqei

    x2 + y2 4 kai 0 z 4 x2 y2 :Efarmzontac to Jerhma Gauss qoume tiZ Z

    S

    F dS =Z Z Z

    W

    r F dV :

    Qrhsimopointac kulindrikc suntetagmnec kai afo r F = 6 brskoume tiZ ZS

    F dS = 6Z 20

    Z 20

    Z 4r20

    r dzdrd = 48 :

    Askhsh 2. Na epalhjesete to Jerhma Stokes gia to dianusmatik pedo

    F (x; y; z) = (y + x; x+ z; z2)

    kai thn epifneia tou knou z2 = x2+y2 pou brsketai anmesa sta eppeda z = 0kai z = 1.

    Lsh. Upologzoume prta to epifaneiak oloklrwma. An S h dosmnhepifneia ma parametrikopohsh thc enai h

    (r; ) = (r cos ; r sin ; r) ; 0 2 ; 0 r 1 :Upologzoume ta diansmata Tr, T kai brskoume ti

    Tr T = (r cos ;r sin ; r) :Epshc

    r F = (1; 0; 0) :Sunepc Z Z

    S

    r F dS =Z 20

    Z 10

    r cos drd = 0 :

    1

  • Gia to epikamplio oloklrwma qoume ti ma parametrikopohsh tou sunrouthc S, me jetik for, enai h

    r(t) = (cos t; sin t; 1); 0 t 2 :Opte I

    @S

    F ds =Z 20

    F (r(t)) r0(t) dt = 0 :

    Askhsh 3 (H fusik shmasa thc apklishc). 'Estw Br h kleist sfarakntrou (x0; y0; z0) kai aktnac r > 0. Epshc stw

    F : Br ! R3

    na C1 dianusmatik pedo kai n to monadiao kjeto dinusma sthn epifneia thcsfarac, me katejunsh proc ta xw. Na dexete ti

    r F (x0; y0; z0) = limr!0

    3

    4r3

    Z Z@Br

    F ndS :

    Ermhneste to parapnw apotlesma,(Updeixh: afo to F enai C1, ja isqei r F (x; y; z) = r F (x0; y0; z0) +G(x; y; z), me G(x; y; z)! 0, kajc (x; y; z)! (x0; y0; z0).)

    Lsh. To dianusmatik pedo enai C1, opte gia kje (x; y; z) sthn Brqoume ti

    r F (x; y; z) = r F (x0; y0; z0) +G(x; y; z) ;me G(x; y; z)! 0, kajc (x; y; z)! (x0; y0; z0).

    Efarmzoume to Jerhma Gauss kai qoume ti

    3

    4r3

    Z Z@Br

    F ndS = 34r3

    Z Z ZBr

    r F (x; y; z) dV

    =3

    4r3

    Z Z ZBr

    (r F (x0; y0; z0) +G(x; y; z)) dV

    = F (x0; y0; z0) +3

    4r3

    Z Z ZBr

    r G(x; y; z) dV :

    'Omwc

    lim(x;y;z)!(x0;y0;z0)

    3

    4r3

    Z Z ZBr

    G(x; y; z) dV

    ap pou prokptei to sumprasma.

    Askhsh 4. 'Estw h prosanatolismnh epifneia S kai

    f; g : S ! RC1 sunartseic. Na dexete ti

    2

  • (i) Z@S

    (frg) ds =Z Z

    S

    (rf rg) ndS ;

    pou n enai to monadiao kjeto dinusma sthn S me katejunsh proc taxw kai ti

    (ii) Z@S

    (frg + grf) ds = 0 :

    Lsh.

    (i) Ap to Jerhma Stokes qoume tiZ@S

    (frg) ds =Z Z

    S

    (r (frg)) ndS =Z Z

    S

    (rf rg) ndS :

    (ii) Ap to (i) qoume tiZ@S

    (frg + grf) ds =Z Z

    S

    [(rf rg) + (rg rf)] ndS = 0 :

    Askhsh 5. 'EstwW qwro tou R3 gia to opoo efarmzetai to Jerhma Gausskai

    f; g : W ! RC2 sunartseic. An me

    @f

    @n

    sumbolzoume thn kateujunmenh pargwgo thc f , sthn katejunsh tou mona-diaou diansmatoc n me katejunsh proc ta xw, na dexete tiZ Z

    @W

    g@f

    @ndS =

    Z Z ZW

    (gr2f +rf rg)dV :

    Lsh. JtoumeF = grf

    kai efarmzoume to Jerhma Gauss. To sumprasma prokptei mesa afo

    @f

    @n= rf n

    kair (grf) = gr2f +rf rg :

    3