Tavelpresentation grupp 5E

Relevanta dokument
19 Integralkurvor, potentialer och kurvintegraler i R 2 och R 3

24 Integraler av masstyp

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 8 juni 2011, Svar och lösningsförslag

Volum av rotationskroppar. Båglängd, rotationsytor. Adams 7.1, 7.2, 7.3

9. Bestämda integraler

Analys o 3D Linjär algebra. Lektion 16.. p.1/53

1 e x2. lim. x ln(1 + x) lim. 1 (1 x 2 + O(x 4 )) = lim. x 0 x 2 /2 + O(x 3 ) x 2 + O(x 4 ) = lim. 1 + O(x 2 ) = lim = x = arctan x 1

Volym och dubbelintegraler över en rektangel

TMV151/TMV181. Fredrik Lindgren. 19 november 2013

SF1625 Envariabelanalys

Gauss och Stokes analoga satser och fältsingulariteter: källor och virvlar Mats Persson

1.1 Sfäriska koordinater

LINJÄR ALGEBRA II LEKTION 1

13 Generaliserade dubbelintegraler

SF1625 Envariabelanalys

6 Greens formel, Stokes sats och lite därtill

Tyngdkraftfältet runt en (stor) massa i origo är. F(x, y, z) =C (x 2 + y 2 + z 2 ) 3 2

Integraler. 1 Inledning. 2 Beräkningsmetoder. CTH/GU LABORATION 2 MVE /2013 Matematiska vetenskaper

Trigonometri. 2 Godtyckliga trianglar och enhetscirkeln 2. 3 Triangelsatserna Areasatsen Sinussatsen Kosinussatsen...

Mängder i R n. Funktioner från R n till R p

Vilken rät linje passar bäst till givna datapunkter?

1 Föreläsning IX, tillämpning av integral

16 Area- och volymberäkningar, areor av buktiga

Generaliserade integraler

Läsanvisningar till kapitel

Preliminär version 2 juni 2014, reservation för fel. Tentamen i matematik. Kurs: MA152G Matematisk Analys MA123G Matematisk analys för ingenjörer

Analys grundkurs B lab 1. Stefan Gustafsson Per Jönsson Fakulteten för Teknik och Samhälle, 2013

Några integraler. Kjell Elfström. x = f 1 (y) = arcsin y. . 1 y 2 Vi låter x och y byta roller och formulerar detta resultat som en sats: cos x = 1

Tentamen i Analys B för KB/TB (TATA09/TEN1) kl 08 13

Tillämpning av integraler

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

Vektorer. Avsnitt 1. Ange lägesvektorerna för de två väteatomerna på formen: r = x ˆx + y ˆx

Uppgiftssamling 5B1493, lektionerna 1 6. Lektion 1

Integralen. f(x) dx exakt utan man får nöja sig med att beräkna

TATA42: Tips inför tentan

Analys 360 En webbaserad analyskurs Grundbok. Integralkalkyl. MatematikCentrum LTH

14 Trippelintegraler integration av funktioner av tre variabler

Tentamen 1 i Matematik 1, HF dec 2016, kl. 8:00-12:00

Integraler och statistik

Lösningsförslag till tentamen i SF1683 och SF1629 (del 1) 23 oktober 2017

GEOMETRISKA VEKTORER Vektorer i rummet.

4 ARBETE OCH ENERGI. 4.1 Inledning. 4.3 Lagen fór kinetiska energin i en dimension. 4.2 Integration av rörelseekvationerna i en dimension

Tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 och Modellering och simulering inom fältteori för F3, 29 augusti, 2008, kl

KOMPLETTERANDE MATERIAL TILL KURSEN MATEMATIK II, MATEMATISK ANALYS DEL A VT 2015

Inför tentamen i Analys I och II, TNA008

Mat Grundkurs i matematik 1, del III


ORTONORMERAT KOORDINAT SYSTEM. LÄNGDEN AV EN VEKTOR. AVSTÅND MELLEN TVÅ PUNKTER. MITTPUNKT. TYNGDPUNKT. SFÄR OCH KLOT.

9 Dubbelintegralens definition

Lösningar till repetitionstentamen i EF för π3 och F3

Sfärisk trigonometri

Tillämpning - Ray Tracing och Bézier Ytor. TANA09 Föreläsning 3. Icke-Linjära Ekvationer. Ekvationslösning. Tillämpning.

Lösningsskiss för tentamen Vektorfält och klassisk fysik (FFM234 och FFM232)

Läsanvisningar för MATEMATIK I, ANALYS

10. Tillämpningar av integraler

Kvalificeringstävling den 2 oktober 2007

Komplexa tal. j 2 = 1

Analys 360 En webbaserad analyskurs Grundbok. X. Integralkalkyl. MatematikCentrum LTH

EGENVÄRDEN och EGENVEKTORER

Lösningar till tentamen i EF för π3 och F3

TATA42: Föreläsning 11 Kurvlängd, area och volym

f(x)dx definieras som arean av ytan som begränsas av y = f(t), y = 0, t = a och t = b, se figur.

Stokes sats och Integralberäkning Mats Persson

FFM234, Klassisk fysik och vektorfält - Föreläsningsanteckningar

Lösning, Analytisk mekanik, 5C1121, Tentamen,

Kontinuerliga variabler

Tavelpresentation. Grupp 6A. David Högberg, Henrik Nordell, Harald Hagegård, Caroline Bükk, Emma Svensson, Emil Levén

1 Inledning 2. 2 Måttet av en öppen mängd 3. 3 Integralen av en kontinuerlig funktion 9. 4 Jämförelse med Riemannintegralen 14

Mat Grundkurs i matematik 1, del II

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen T Erlandsson

ORTONORMERADE BASER I PLAN (2D) OCH RUMMET (3D) ORTONORMERAT KOORDINAT SYSTEM

GEOMETRISKA VEKTORER Vektorer i rummet.

SIGNALER OCH SYSTEM II LEKTION 2 / MATEMATISK LEKTION 1. Fredrik Andréasson. Department of Mathematics, KTH

Om stationära flöden och Gauss sats i planet

Sidor i boken

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Genomgånget på föreläsningarna Föreläsning 16-17, 2010:

Matris invers, invers linjär transformation.

Ett förspel till Z -transformen Fibonaccitalen

Mekanik för I, SG1109, Lösningar till problemtentamen,

INLEDNING: Funktioner (=avbildningar). Beteckningar och grundbegrepp

TATA42: Föreläsning 12 Rotationsarea, tyngdpunkter och Pappos-Guldins formler

TATA42: Föreläsning 4 Generaliserade integraler

Area([a; b] [c; d])) = (b a)(d c)

14. MINSTAKVADRATMETODEN

Sats 3: Egenskaper. (a) (b) f(x) dx = 2 f(x) dx. (c) (Af(x) + Bg(x))dx. g(x) dx = A. (d) (e) Om a b och f(x) g(x) (f) Triangelolikheten: Om a b

FEM2: Randvärdesproblem och finita elementmetoden i flera variabler

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)

Skriv tydligt! Uppgift 1 (5p)

TATA42: Föreläsning 4 Generaliserade integraler

9. Vektorrum (linjära rum)

x = x = x = x=3 x=5 x=6 42 = 10x x + 10 = 15 x = = 20 x = 65 x + 36 = 46

LEDNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 9. Förklaring till dragkraftens storlek är: f

Lösningar till tentamen i EF för π3 och F3

Definition 1 En funktion (eller avbildning ) från en mängd A till en mängd B är en regel som till några element i A ordnar högst ett element i B.

Exponentiella förändringar

ENVARIABELANALYS - ETT KOMPLEMENT

Lösningsförslag till fråga 5

Byt till den tjocka linsen och bestäm dess brännvidd.

Föreläsning 7: Trigonometri

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Genomgånget på föreläsningarna Föreläsning 21, 27/1 2010:

Transkript:

Tvelpresenttion grupp 5E Elis Elmquist, Mtild Hnes, Isk Pettersson, Juli Wennerblom, John Jxing, Boel Brndström, Edvin Cllisen, Cjs Hjolmn 19 februri 2017 1 Multipelintegrler Frmställningen för definitionen v integrler i högre dimensioner är helt nlog med definitionen i två dimensioner. Utgångspunkten i två vribler är trppfunktioner, vilket utvidgs till en funktion med definierde rätblock vrs knter är prllell med koordintxlrn. ärefter utförs Riemnn-integrtion genom tt volymen v ll dess infinitesimlt-små rätblock vägs mot sitt funktionsvärde och läggs smmn. För tt dett sk gå krävs i tre dimensioner tt området vi integrerr över är begränst v en kvdrerbr yt. ett innebär tt vi för en godtyckligt litet ε kn inneslut vår yt med rätblock v smmnlgd volym mindre än ε. Multipelintegrler v ordning tre och högre hr till skillnd från ndr ingen llmän geometrisk tolkning. Specilfllet dxdydz (1) är däremot enligt definition volymen hos kroppen. Vi kn också tänk oss en funktion ρ(x, y, z) som ger värden för densiteten hos en viss kropp E vid en viss punkt. Integrlen ρ(x, y, z)dxdydz (2) E betecknr då mssn för kroppen E. Tillväggångssättet för tt beräkn en trippel eller multippelintegrl är i det llmänn fllet itererd integrtion. Vrje dimension behndls en och en i godtycklig ordning. Antg tt mn vill beräkn volymen melln två funktionsytor f(x, y) z g(x, y). (3) å hr mn två lterntiv på tillväggångssätt; I = (g(x, y) f(x, y))dxdy (4) 1

och I = E dxdydz. (5) Ekvtion (4) kn tolks som volymen melln två funktionsytor, medn ekvtion (5) kn tolks som volymen v en kropp. enn kropp vgränss nturligtvis v funktionern f(x, y) och g(x, y). Oft blir dess smm integrl efter först integrtionen på grund v gränsern i (5), och vl v metod är en smksk. Fördelen med ekvtion (5) är tt mn kn gör ett tredimensionellt vribelbyte vid behov. Är dett inte nödvändigt eller eftersökt blir resulttet v ekvtion (4) och (5) smm enligt nedn. g(x,y) dxdydz = f(x,y) 1.1 Vribelbyten i multipelintegrler (g(x, y) f(x, y))dxdy. (6) Precis som i två dimensioner är det möjligt tt vribelsubstituer i multipelintegrler. Formeln för dett ges v f(x)dx = f(g(y) J (y) dy (7) A där J(y) är determinnten v funktionlmtrisen för vribelbytet x = g(y). En nnn bild v J(y) är tt det är storleken på sklningen som kommer v vbildningen x = g(y). 2 Meknisk tillämpningr 2.1 Tröghetsmoment Antg tt en kropp med densiteten ρ(x, y, z) roterr med vinkelhstigheten ω kring en xel l i rummet. Tg en punkt (x, y, z) på kroppen, då representerr vektorn (x, y, z) det vinkelrät vståndet melln punkten och xeln l. Punkten roterr med frten v = ω. Ett litet msselement dm = ρdxdydz v kroppen hr då enligt formeln 1 2 mv2 rörelseenergin 1 2 w2 2 ρdxdydz. Hel kroppens rörelseenergi ges då v 1 2 ω ρ 2 dxdydz (8) där ρ 2 dxdydz (9) klls kroppens tröghetsmoment och beteckns med J. Ifll en v koordintxlrn smmnfller med rottionsxeln kommer formlen för kropppens B 2

tröghetsmoment J bli reltivt simpel. Om kroppen exempelvis roterr kring z-xeln ges J v J = ρ(x, y, z)(x 2 + y 2 )dxdydz. (10) 2.2 Msscentrum efinitionen v en kropps msscentrum eller tyngdpunkt r är den punkt kring vilken kroppen är i momentjämvikt med vseende på vrje tänkt prllellverknde tyngdkrft. et krävs tre ekvtioner för tt bestämm r = ( x, ȳ, z). exempelvis ges x v x = xρdxdydz ρdxdydz (11) där är mssn för kroppen. ρdxdydz = m (12) 3

3 Prmetrisering v kurvor efinition: < b,,b R. Om vi då hr en vektorvärd C 1 -funktion r : [, b] R n (13) säger vi tt denn funktion är en prmetriserd C 1 -kurv i R n. ett kn visulisers m.h.. en prtikel som rör sig längs en bn i rummet under tiden t = till t = b. För vrje tid < t < b gäller tt r(t) = prtikelns läge r (t) = prtikelns hstighet r (t) = prtikelns frt r (t) = prtikelns ccelertion. Vidre kn vi beskriv denn kurvs längd, även klld båglängden, på följnde vis b r (t) dt. (14) Noter tt en kurv kn representers v fler olik prmeteriseringr som ll ger smm resultt vd gäller exempelvis båglängd. 3.1 Integrtion v sklärvärd funktion över kurvor Vi definierr funktionen r(t) som ovn i ekvtion (13) där < t < b, smt f(x) som en sklärvärd, integrerbr funktion v n vribler. Integrlen v f längs kurvn r(t) blir då som följer. b 4 Prmetrisering v ytor f(r(t)) r (t) dt (15) efinition: Låt < b och c < d, där, b, c, d R. Om vi då hr en vektorvärd C 1 -funktion r : [, b] [c, d] R n (16), klls denn funktion för en prmetriserd C 1 -yt. Tillämpningr kräver oft en mindre restriktiv definitionsmängd, men llmänt måste definitionsmängden vr kompkt och bågvis smmnhängnde (oftst räcker reguljär områden). Ett exempel på en nturlig prmetrisering, är prmetriseringen v enhetssfären med sfärisk koordinter. I dett fll får vi tt och tt r : [0, π] [0, 2π] R 3, (17) (θ, ϕ) (sin(θ)cos(ϕ), sin(θ)sin(ϕ), cos(θ)). (18) 4

4.1 Aren v en prmetriserd yt Vi hr tt för kurvor är r dt det infinitesiml längdelementet. För tt kunn beräkn ren v en yt med given prmetrisering, r(s, t), behöver vi hitt det infinitesiml reelementet, ds, v sgd prmetrisering. Vi vet tt i en viss punkt på ytn tillhör vektorern r r s och t båd tngentplnet, och därmed spänner upp tngentplnet. Tr vi sedn dess två vektorer gånger de infinitesiml längdern ds respektive dt, och tr kryssprodukten v r s ds och r t dt, kn vi tolk dett dels som en en vektor som är ortogonl mot tngentplnet, och storleken v denn vektor som en infinitesiml re som lltså är ds = r r ds s t dt = r s r t dsdt. (19) ett återfinns i en sts som säger följnde: låt vr ett begränst område i R 2, och r : R 3 en prmetriserd C 1 -yt. å gäller tt ytns re är ds = r s r t dsdt, (20) Y = r() är själv ytn. Y 5 urvintegrler (Arbetsintegrler) 5.1 Fysiklisk tolkning urvintegrler är svår tt tolk mtemtiskt. en vnligste tolkningen och nvändningen kommer i stället från fysiken, där mn tittr på rbete. ärför går vi först igenom denn tolkning innn vi går in på definitionen. Vi tänker oss en prtikel som färds längs en orienterd C 1 -kurv,. Prtikelns position, i reltion till origo, ges då utv r = r(t), där t är tiden från till b. För vrje t på intervllet kommer det också finns en funktion F som beror v r. Frågn kurvintergrlen då svrr på är: Vd är rbetet som F uträttr på prtikeln längs kurvn? För tt svr på frågn tänker vi oss en infinitesiml förflyttning längs. Arbetet från förflyttningen kommer då vr F dr. Som vi såg tidigre kn vi pproximer en infinitesiml förflyttning enligt följnde, dr = r (t)dt, vilket då ger tt F dr = F(r(t)) r (t)dt. Med dett kn vi då även integrer över kurvn vilket ger oss tt F dr = b F(r(t)) r (t)dt. (21) 5

5.2 efinition v kurvintegrler Låt n N, r : [, b] R n och F : R n R n, där r är en orienterd C 1 -kurv och F är ett C 1 -fält. å definiers kurvintegerlen v F längs kurvn enligt b F(r(t)) r (t)dt. (22) I två dimensioner, lltså n = 2, burkr även en ytterligre beteckning nvänds, P dx + Qdy. enn kommer från tt F sätts till och r sätts till F(r) = (P (r), Q(r)), r = r(t) = (x(t), y(t)), vilket ger tt ekvtion (22) kn skrivs som b F(r(t)) r (t)dt = 5.3 Mer om b (P (x(t), y(t))x (t) + Q(x(t), y(t))y (t))dt. (23) Vid beräkning v kurvintegrler ger olik prmetriseringr v kurvn fortfrnde smm svr. Att en funktion integrers längs kurvn, är det smm som tt integrer smm funktion över kurvn, med den end skillnden tt integrlen byter tecken på följnde sätt: Fdr = Fdr. Om en kurv är kontinuerlig och strtr och slutr i smm punkt klls sluten. Om kurvn dessutom inte korsr sig själv klls den även enkel. Jordns kurvsts säger tt om en kurv i R 2 är sluten och enkel kommer den tt del upp plnet i exkt två områden. Om en kurv är sluten och enkel i R 2, definiers sgd kurv som positivt orienterd om insidn till kurvn lltid ligger till vänster om kurvn när den följs. ett beteckns med en ring på intergrltecknet: F dr. (24) Om kurvn är en smmnsättning v fler kurvor, det vill säg är styckvis C 1, så skrivs som k = i, (25) i=1 6

och kurvintergrlen skrivs som F dr = k i=1 6 onservtiv fält och potentiler i F dr. (26) efinition: Låt vektorfältet F : R n R n. å klls F för ett konservtivt fält i det öppn området Ω om φ : F = φ, (27) där funktionen φ är en C 1 -funktion i Ω. å klls φ för en potentil till F. Noter: En potentil till ett vektorfält är motsvrigheten till det som klls en primitiv funktion i envribelsnlys. Sts: Låt F : R n R n vr ett konservtivt vektorfält med en potentil φ (enligt definitionen ovn) i domänen. För vrje kurv i gäller då tt F dr = φ(b) φ() (28) där, b är strt respektive slutpunkten för kurvn. Nu är den stor frågn: Hur vet mn om F är ett konservtivt fält? Först lterntivet är tt gå tillbk till definitionen och lltså försök hitt en funktion φ enligt (27). ett kn vr båd tidskrävnde och jobbigt och det finns bättre lterntiv. et ndr lterntivet är tt noter följnde: Om F(x, y) = (P, Q) är ett konservtivt vektorfält gäller följnde: 2 φ y x = 2 φ P = x y y = Q x. (29) et finns även viss terminologi kring denn likhet. Vi säger tt om F uppfyller likheten så är vektorfältet virvelfritt. Om vi går upp en dimension, finns det en motsvrnde likhet för virvelfrihet i R 3 vilket är tt F = 0. (30) Vilket då skll tolks som följnde kryssprodukt: ( x, y, ) (F x, F y, F z ) = 0. (31) z 7