Efter videon följer ett problem som du kan lösa för att testa att du tillgodogjort dig innehållet.
Problem:
Ytorna $z=x^2+y^2$ och $z=1-y^2$ skär varandra längs en sluten kurva. Låt $\gamma$ vara denna kurva orienterad så att dess positiva riktning i punkten $(1,0,1)$ ges av vektorn $(0,1,0)$. Beräkna \[ I = \int_{\gamma}\left(y^2+z\right)\,dx+z\,dy+xy\,dz. \] (ganska svår)Svar:
En enkel räking ger att
$
\textrm{rot} \, {\bf F}=$
$$
\left|
\begin{array}{ccc}
e_x & e_y & e_z \\
\frac{\partial}{\partial x} & \frac{\partial}{\partial y} & \frac{\partial}{\partial z} \\
y^2+z& z & xy
\end{array}
\right|
=(x-1,1-y,-2y),
$$
Vi observerar vidare att kurvan $\gamma$ ligger innehållen i ytan $z=1-y^2$, och att den bildar randen till den del $Y$ av denna vars projektion på $x,y$-planet är $D=\{(x,y): x^2+2y^2\le 1\}$. Vi ser också att orienteringen på randen är kompatibel med den orientering av $Y$ som ges av parametriseringen
${\bf r}(x,y)=(x,y,1-y^2)$.
Eftersom ${\bf r}'_x \times {\bf r}'_y=(-z'_x,-z'_y,1)=(0,2y,1)$ följer enligt Stokes sats att
$$
\int_{\gamma}\left(y^2+z\right)\,dx+z\,dy+xy\,dz=$$
$$
\int\!\!\!\int_Y\!\!\! {\bf rot F\cdot N}\, dS= \!\!\!\int\!\!\!\int_D (x-1,1-y,-2y)\cdot (0,2y,1)\, dxdy
$$
$$
=\int\!\!\!\int_D ((1-y)2y+ (-2y)1)\, dxdy=-\int\!\!\!\int_D 2y^2\, dxdy
$$
$$
\left[ \begin{array}{ccc}
x\!\!\! &=&\!\!\!r\cos \theta ,\\
y\!\!\!&=&\!\!\! \frac{1}{\sqrt2}r\sin \theta .
\end{array} \right]
=
-\frac{1}{\sqrt2}\int_0^1 r^3\, dr \int_0^{2\pi} \sin^2\theta \, d\theta=
$$
$$
\frac{-1}{4\sqrt2} \int_0^{2\pi} \frac{1-\cos 2\theta}{2}\, d\theta =
\frac{-1}{4\sqrt2} \left[\frac{\theta}{2} -\frac{ \sin 2\theta}{4} \right]_{0}^{2\pi}\!\!\!=\frac{-\pi}{4\sqrt2}.
$$
Maila för handledning.
Hur upplevde du problemet?
Svårighet:
Relevans:
Svårighet:
Relevans: