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Evaluar $\ \int_T \vec F \cdot d\vec r $ donde $\vec F (x, y, z) = (2xy + 4xz)\vec i + (x^2 + 6yz)\vec j + (2x^2 + 3y^2) \vec k$

Estoy un poco confundida en cuanto a lo que he de hacer para esta pregunta de examen.

$$\vec F (x, y, z) = (2xy + 4xz)\vec i + (x^2 + 6yz)\vec j + (2x^2 + 3y^2) \vec k , \qquad x, y, z ∈ \mathbb{R}. $$

Deje $T$ denotar la ruta triangular con vértices $(1, 1, 1)$, $(2, 1, 1)$, y $(3, 2, 2)$, recorrido de$(1, 1, 1)$$(2, 1, 1)$$(3, 2, 2)$#%. Evaluar $(1, 1, 1)$$ Justifique su respuesta.

Yo estaba pensando en parameterising con un conjunto de líneas, pero no estoy muy seguro de cómo iba a ir sobre esto? Gracias por cualquier ayuda que se le puede dar

9voto

Dr. MV Puntos 34555

Tenga en cuenta que podemos encontrar una función potencial $\phi$ para los que tenemos $\vec F(x,y,z)=\nabla \phi(x,y,z)$. Para encontrar $\phi$, sólo necesitamos integrar los componentes de $\vec F$.

Para continuar, tenemos que comenzar con la $\hat x$-componente a encontrar

$$\begin{align} \phi(x,y,z)&=\int F_x(x,y,z)\,dx\\\\ &=\int (2xy+4xz)\,dx\\\\ &=x^2y+2x^2z+C_1(y,z) \tag 1 \end{align}$$

donde $C_1(y,z)$ es una integración constante con respecto a $x$, pero puede depender tanto de $y$$z$.

A continuación, use $\phi(x,y,z)$ como se da en $(1)$ encontrar $C_1(y,z)$. Tomando nota de que $\frac{\partial \phi(x,y,z)}{\partial y}=F_y(x,y,z)$ rendimientos

$$x^2+\frac{\partial C_1(y,z)}{\partial y}=x^2+6yz$$

a partir de la cual encontramos a $C_1(y,z)=3y^2z+C_2(z)$ donde $C_2(z)$ es una segunda constante de integración. En este punto, podemos escribir la función potencial como

$$\phi(x,y,z)=x^2y+2x^2z+3y^2z+C_2(z) \tag 2$$

Finalmente, tomar el parcial de $\phi(x,y,z)$, dado por $(2)$, con respecto a $z$, y el establecimiento de la igualdad de a $F_z(x,y,z)$ rendimientos

$$2x^2+3y^2+C_2'(z)=2x^2+3y^2$$

a partir de la cual nos encontramos con que $C_2(z)$ es una constante.

Por lo tanto, podemos escribir la función potencial como

$$\bbox[5px,border:2px solid #C0A000]{\phi(x,y,z)=x^2y+2x^2z+3y^2z+C}$$

para cualquier constante $C$.


Ya hemos determinado que $\vec F(x,y,z)=\nabla \phi(x,y,z)$, $\vec F$ es conservador, y su ruta integral sólo depende de los puntos extremos de la ruta. Podemos escribir

$$\begin{align} \int_{\vec r_1}^{\vec r_2}\vec F(x,y,z)\cdot \vec d\vec \ell&=\int_{\vec r_1}^{\vec r_2} \nabla \phi(x,y,z)\cdot d\vec \ell\\\\ &=\int_{\vec r_1}^{\vec r_2} d\phi\\\\ &=\phi(1,1,1)-\phi(1,1,1)\\\\ &=0\end{align}$$

2voto

Michael Hardy Puntos 128804

Digamos que usted desea integrar a lo largo de la línea de$(2,1,1)$$(1,1,1)$.

El vector de puntos de$(1,1,1)$$(2,1,1)$$(1,1,1) - (2,1,1) = (-1,0,0)$.

Empezar a $(2,1,1)$ y añadir una parte de $(-1,0,0)$ a que el punto de partida para llegar de un punto a lo largo de la ruta. Si todo es de $(-1,0,0)$, consigue $(2,1,1) + (-1,0,0)$, y ese es el punto en el que el viaje termina. Si es sólo la mitad del camino, empezar a $(2,1,1)$ y añadir la mitad de la $(-1,0,0)$ conseguir $(2,1,1)+ \frac 1 2 (-1,0,0)$. Y así sucesivamente: lo que cada fracción del total de viaje es completo, usted comienza a $(2,1,1)$ y agregar la fracción veces $(-1,0,0)$. Llame a la fracción $t$. Por lo tanto empezar a $(2,1,1)$ y añadir $t$ veces $(-1,0,0)$ para obtener un punto en la ruta. Al $t=0$, usted todavía está en el punto de partida. Al $t=1$, está en el punto final. Así que tienes esto: \begin{align} \text{The point } (2,1,1) + t(-1,0,0) & \text{ goes from } (2,1,1) \text{ to } (1,1,1) \\ & \text{ as %#%#% goes from %#%#% to %#%#%.} \end{align}

También puede arrojar algo de luz a escribir algo como esto: \begin{align} (2,1,1) + t(-1,0,0) & = (2,1,1) + t\Big( (1,1,1) - (2,1,1) \Big) \\[10pt] & = (1-t)(2,1,1) + t( 1,1,1) \\[10pt] & = (1-t)(\text{starting point}) + t(\text{ending point}). \end{align}

1voto

stity Puntos 1087

Bueno, es bastante obvio cuando usted está buscando ese $\vec F = \vec{\operatorname{grad}} (f)$$f(x,y,z)=x^2y+2x^2z+3y^2z$. Por lo $$\int \vec F \cdot \vec{dr} = f(1,1,1)-f(1,1,1) = 0$$

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