Vektoranalys III. Anders Karlsson. Institutionen för elektro- och informationsteknik

Relevanta dokument
Vektoranalys II. Anders Karlsson. Institutionen för elektro- och informationsteknik

1.1 Stokes sats. Bevis. Ramgard, s.70

TATA44 Lösningar 26/10/2012.

TATA44 ösningar till tentamen 13/01/ ) Paraboloiden z = 2 x 2 y 2 skär konen z = x 2 + y 2 då x 2 + y 2 = 2 x 2 y 2. Med

Övning 6, FMM-Vektoranalys, SI1140

TATA44 Lösningar 24/8/ ) Låt S vara den del av x 2 + y 2 + z 2 = 2 innanför cylindern x 2 + y 2 = 1. Inför cylinderkoordinater.

Vektoranalys I. Anders Karlsson. Institutionen för elektro- och informationsteknik

1.1 Gradienten i kroklinjiga koordinatsystem

Integraler av vektorfält Mats Persson

Integranden blir. Flödet ges alltså av = 3

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 8 januari, 2007

Formelsamling. Elektromagnetisk fältteori för F och Pi ETE055 & ETEF01

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

Kroklinjiga koordinater och räkning med vektoroperatorer. Henrik Johanneson/(Mats Persson)

Institutionen för matematik SF1626 Flervariabelanalys. Lösningsförslag till tentamen Måndagen den 5 juni 2017 DEL A

Lösningsförslag till tentamen Torsdag augusti 16, 2018 DEL A

Inlämningsuppgift nr 2, lösningar

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

FFM234, Klassisk fysik och vektorfält - Föreläsningsanteckningar

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

A = D. r s r t dsdt. [(1 + 4t 2 ) 3/2 1]dt (1) där det sista steget fås genom variabelbytet u = 1 + 4s 2. Integralen. (1 + 4t 2 ) 3/2 dt

u av funktionen u = u(x, y, z) = xyz i punkten M o = (x o, y o, z o ) = (1, 1, 1) i riktningen mot punkten M 1 = (x 1, y 1, z 1 ) = (2, 3, 1)

x ( f u 2y + f v 2x) xy = 24 och C = f

Outline. TMA043 Flervariabelanalys E2 H09. Carl-Henrik Fant

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 20 augusti 2015

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 21 oktober, 2006

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Övningstenta: Lösningsförslag

y= x dx = x = r cosv $ y = r sin v ,dxdy = rdrdv ' 2* så får vi att

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Flervariabelanalys E2, Vecka 6 Ht08

Lösningsförslag till tentamen Onsdagen den 15 mars 2017 DEL A

Tentamen SF1626, Analys i flera variabler, Svar och lösningsförslag. 2. en punkt på randkurvan förutom hörnen, eller

FFM232, Klassisk fysik och vektorfält - Veckans tal

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A. r cos t + (r cos t) 2 + (r sin t) 2) rdrdt.

Föreläsning 13, SF1626 Flervariabelanalys

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

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A. 1. En svängningsrörelse beskrivs av

Lösningar till seminarieuppgifter

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Onsdagen den 15 mars 2017

Integraler av vektorfalt. Exempel: En partikel ror sig langs en kurva r( ) under inverkan av en kraft F(r). Vi vill

Tentamen i tmv036c och tmv035c, Analys och linjär algebra C för K, Kf och Bt A =, = det(a λi) = e 2t + c 2. x(t) = c 1. = c 1.

Tentamen: Lösningsförslag

1 x. SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

= 0. Båda skärningsvinklarna är således π/2 (ortogonala riktningsvektorer).

Flervariabelövningar. Fredrik Bengzon 3 mars 2004

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

(x 3 + y)dxdy. D. x y = x + y. + y2. x 2 z z

Flervariabelanalys I2 Vintern Översikt föreläsningar vecka 6. ( ) kommer vi att studera ytintegraler, r r dudv

Lösningar till tentamen i Elektromagnetisk fältteori för Π3 & F3

21 Flödesintegraler och Gauss sats

SF1649, Vektoranalys och komplexa funktioner Tentamen, måndagen den 19 december Lösningsförslag. F n ds,

Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

Problem inför KS 2. Problem i matematik CDEPR & CDMAT Flervariabelanalys. KTH -matematik

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

23 Konservativa fält i R 3 och rotation

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 21 mars 2016

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Vi har. x (xy2 ) + y ( yz2 ) + z (zx2 ) = y 2 z 2 + x 2 = x 2 + y 2 z 2, xy 2 yz 2 zx 2

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentan , lösningar

Tentamen: Lösningsförslag

Tentamensskrivning i Ellära: FK4005e Fredag, 11 juni 2010, kl 9:00-15:00 Uppgifter och Svar

Tentamen TMA044 Flervariabelanalys E2

Lösningar till tentamen i Elektromagnetisk fältteori för Π3 & F3

Lösningsförslag till tentamen Tisdagen den 10 januari 2017 DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 18 augusti 2016

Visa att vektorfältet F har en potential och bestäm denna. a. F = (3x 2 y 2 + y, 2x 3 y + x) b. F = (2x + y, x + 2z, 2y 2z)

1. Beräkna hastigheten, farten och accelerationen vid tiden t för en partikel vars rörelse beskrivs av r(t) = (2 sin t + cos t, 2 cos t sin t, 2t).

1. För vilka värden på konstanterna a och b är de tre vektorerna (a,b,b), (b,a,b) och (b,b,a) linjärt beroende.

Tentamen MVE085 Flervariabelanalys

Flervariabelanalys. F1, KandMa1, KandFy1 och Gylärare

1.1 Sfäriska koordinater

1 Några elementära operationer.

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

Lösningar till Matematisk analys 4,

Föreläsning 2 1. Till varje punkt i rummet tilldelas en vektor. ( ) = T ( x, y, z,t) ( ) = v x

VIKTIGA TILLÄMPNINGAR AV GRUNDLÄGGANDE BEGREPP

Tenta svar. E(r) = E(r)ˆr. Vi tillämpar Gauss sats på de tre områdena och väljer integrationsytan S till en sfär med radie r:

Tentamensskrivning, Kompletteringskurs i matematik 5B1114. Onsdagen den 18 december 2002, kl

VEKTORANALYS Kursprogram VT 2009

Tentamen MVE035 Flervariabelanalys F/TM

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 7 juni 2016

Allmant behover vi tre parametrar u 1 u 2 u 3 for att beskriva engodtycklig punkt i rummet. Vi kan

OMTENTAMEN I VEKTORANALYS SI1146 och SI1140 Del 1, VT18

AB2.5: Ytor och ytintegraler. Gauss divergenssats

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 10 januari 2017

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

TMV036 Analys och Linjär Algebra K Kf Bt, del C

6. Räkna ut integralen. z dx dy dz,

SF1626 Flervariabelanalys Bedömningskriterier till tentamen Onsdagen den 15 mars 2017

5 Gauss sats. div. dv = A V. Noterbart är att V AdV = A ˆNdS, dvs Gauss sats, har strukturella likheter med b df

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 18 augusti 2011, Svar och lösningsförslag

22 Vektoranalys och flödesintegraler

Transkript:

Vektoranalys III Anders Karlsson Institutionen för elektro- och informationsteknik 16 september 215

Översikt 1 Gauss sats divergenssatsen Exempel på användning av Gauss sats 2 tokes sats Exempel på användning av tokes sats 3 Övningar var Lösningsskisser

Gauss sats divergenssatsen Låt vara en sluten (styckvis glatt) yta med utåtriktad normal ˆn, som begränsar ett område V, samt A ett kontinuerligt differentierbart vektorfält i V (mer precist i en öppen omgivning som innehåller V och ) ^n(x) V V A dv = jämför integration in R: b a df(x) dx A d = dx = f (b) f (a) A ˆnd

Exempel Beräkna normalytintegralen F d av vektorfältet F givet av (sfäriska koordinater r, θ, φ) F (r) = ˆr 1 r 2 över ytan som definieras av (Prolat sfäroid, halvaxlar 1,1,2) = {r : x 2 + y 2 + z2 4 = 1, z > } 1. y {.5..5 ^n 2. {1. 1.5 1..5. {1. {.5 x..5 1.

Lösning I Ytan är komplicerad att parameterframställa, så vi undersöker om vi kan välja annan yta för integration Vi konstaterar: Vektorfältet är singulärt i origo (måste undvikas) Beräkna F i sfäriska koordinater, r > F = 1 ( r 2 ) 1 r 2 F r + r r sin θ = 1 r 2 r (1) = θ (sin θf θ) + 1 F φ r sin θ φ

Lösning II Vi sluter ytan med en halvsfär i övre halvrymden (Halvsfär i övre halvrymden) = {r : x 2 + y 2 + z 2 = 1, z > } 1. y..5 {.5 ^n 2. {1. 1.5 V 1..5 ^n. {1. {.5. x.5 1. luten yta: 1 bestående av och med normalriktningar givna enligt figur F = i volymen V, som har 1 som begränsningsyta

Lösning III Tillämpa Gauss sats på volymen V som har 1 som begränsningsyta F d = F d = ( F ) d = + 1 V F d = F d

Lösning IV Vi beräknar enkelt normalytintegralen på (ytmått d = ˆrr 2 sin θdθdφ, r = 1) F d = = 2π π/2 ( 2π π/2 ) F ˆrr 2 sin θdφ dθ sin θdθ = 2π cos θ π/2 = 2π Till slut F d = 2π

tokes sats Låt vara en (styckvis glatt) yta med randkurva L, och låt omloppsriktningen på L vara relaterad till ytan :s ytnormal ˆn med högerregeln, samt A ett kontinueligt differentierbart vektorfält på (mer precist i en öppen omgivning som innehåller och L) ^n(r) A dl = L ( A) d L Gäller för alla ytor som har L som randkurva Obs! Ytan måste ha två sidor, jämför Möbius-band

Exempel Beräkna tangentlinjeintegralen L F dl av vektorfältet F givet av (sfäriska koordinater r, θ, φ) r F (r) = ˆr a 2 sinh r/a + sin φ/2 ˆφ r sin θ över kurvan L som definieras av skärningen mellan ytorna (omloppsriktning moturs, sett projicerad i x-y-planet) { (x 1) 2 + y 2 = 4 cirkulär cylinder (radie 2, axel parallell med ẑ) r 2 c = x 2 + y 2 = 1/z {2 1. y {1 1 2 1..5.5 2. { 2 x 2 {2 y {1. 1 x L 2 3

Lösning I Kurvan L är komplicerad att parameterframställa, så vi undersöker om vi kan välja annan integrationsväg Vi konstaterar Vektorfältet är singulärt längs z-axeln (måste undvikas) Beräkna F i sfäriska koordinater, r c > ( 1 F =ˆr r sin θ θ (sin θf φ) F ) θ φ + ˆθ 1 ( 1 F r r sin θ φ (rf ) φ) + r ˆφ 1 ( (rfθ ) F ) r r r θ ( ) 1 sin φ/2 =ˆr r sin θ θ r + ˆθ 1 ( ( ) 1 r r sin θ φ a 2 ( )) sin φ/2 sinh r/a r sin θ ˆφ 1 ( ) r r θ a 2 = sinh r/a

Lösning II Vi förenklar integrationsvägen till en cirkel i x-y-planet m.h.a. tokes sats L = {r : x 2 + y 2 = b 2, z = } 1. {2 {1 y 1 2.5 C C L. {1 x 1 2 L 3 luten kurva γ bestående av L, C, L och C med givna rikningar F = på en begränsningsyta som har γ som rand

Lösning III Tillämpa tokes sats på begränsningsytan som har γ som rand F dl = ( F ) d = F dl = F dl γ L L Tangentlinjeintegralerna längs C och C tar ut varann

Lösning IV Vi beräknar tangentlinjeintegralen längs L (linjemått dl = r c ˆφdφ, θ = π/2, r c = b) L F dl = = 2π F b ˆφ dφ = 2π 2π sin φ/2 r sin θ b dφ sin φ/2 dφ = 2 cos φ/2 2π = 4 oberoende av b Till slut L F dl = F dl = 4 L

Övningar Gauss och tokes satser 1. Beräkna normalytintegralen F d av vektorfältet F xz F (r) = ˆx x 2 + y 2 + ŷ yz x 2 + y 2 över ytan, som är den del av hyperboloiden 1 = {r : x 2 + y 2 z 2 = a 2 }, som begränsas av området mellan planen { 2 = {r : z = a} 3 = {r : z = 2a} Ytnormalen är riktad från z-axeln. 2. Beräkna tangentlinjeintegralen L F dl av vektorfältet F (sfäriska koordinater r, θ, φ) ( r ) 3 ( F (r) = ˆr + ˆφ 1 + a ) a r sin θ Kurvan L definieras av skärningen mellan ytorna (omloppsriktning moturs, sett projicerad i x-y-planet) { x 2 + y 2 = 4a 2 cirkulär cylinder (radie 2a, axel parallell med ẑ) x 2 + (y + a) 2 + z 2 = 9a 2, z > halvsfär, radie 3a, centrum i (, a, )

Övningar Gauss och tokes satser svar 1. 3πa 2 2. 6πa

Lösningsskiss 1 kriv om vektorfältet m.h.a. enhetsvektorerna i cylinderkoordinater ( ) x F (r) = z ˆx x 2 + y 2 + ŷ y x 2 + y 2 = z r c rc 2 = z ˆr c r c Beräkna divergensen av F i cylinderkoordinater. För r c > gäller F (r) = 1 r c (r c F c ) + 1 F φ r c r c φ + F z z = 1 (z) = r c r c

Lösningsskiss 1, forts. ^ n y lut ytan med de tre delarna ( < b < a) = {r : z = 2a, b < r < 5a} c 2 3 = {r : z = a, b < rc < 2a} 4 = {r : a < z < 2a, rc = b} x Normalytintegralen blir m.h.a. Gauss sats ZZ ZZ ZZ F d = F d = Z 2 +3 +4 2a Z 2π = a ^ n F d 4 Z 2a z zdz = 3πa2 rc dφ dz = 2π rc a ^ n

Lösningsskiss 2 Beräkna rotationen av vektorfältet i sfäriska koordinater. För r c > gäller ( 1 F =ˆr r sin θ θ (sin θf φ) F ) θ φ + ˆθ 1 ( 1 F r r sin θ φ (rf ) φ) + ˆφ 1 ( (rfθ ) F ) r r r r θ ( 1 ( ( =ˆr sin θ 1 + a )) ) r sin θ θ r sin θ ( + ˆθ 1 1 r a r sin θ φ ( ( ))) r 1 + a r sin θ ˆφ 1 ( r ) a r r θ =ˆr cos θ r sin θ ˆθ 1 r = ˆr cos θ ˆθ sin θ r c = ẑ r c

Lösningsskiss 2, forts. 3 Låt L beteckna kurvan 2 L L = {r : x 2 + y 2 = 4a 2, z = 1} 1 C C { 1 { 2 { 1 L 1 2 x 1 { 1 y och använd tokes sats på den slutna kurvan L + C + L + C, och välj yta som mantelytan med L, C, L och C som ränder. På är ˆn = ˆr c F dl = L+C+L +C ( F ) ˆn d = 2 { 2 ẑ r c ˆr c d =

Lösningsskiss 2, forts. Detta ger (linjeintegralerna längs C och C tar ut varann) L 2π F dl = F dl = F ˆφ2adφ L 2π ( = 1 + a ) 2adφ = 6πa 2a