Efter videon följer ett problem som du kan lösa för att testa att du tillgodogjort dig innehållet.
Problem:
Beräkna flödesintegralen $$\int\!\!\!\int_Y {\bf F\cdot N}\, dS$$ där ${\bf F}=(xy,y^2z,z)$, $Y$ är ytan $\{x^2+y^2-z^2=1,\,\, -1\le z\le 1\}$, och ${\bf N}$ är den enhetsnormal som pekar bort från $z$-axeln. (ganska svår)Svar:
Genom att till $Y$ lägga locket $Y_{1}=\{x^2+y^2\le 2,\, z=1\}$
(med normalen uppåt) och botten
$Y_{-1}=\{x^2+y^2\le 2,\, z=-1\}$ (med normalen neråt)
får vi en sluten yta på vilken vi kan
tillämpa Gauss sats:
$$
\int\!\!\!\int_Y {\bf F\cdot N}\, dS+
\int\!\!\!\int_{Y_{1}} {\bf F\cdot N}\, dS
+\int\!\!\!\int_{Y_{-1}} {\bf F\cdot N}\, dS=
$$
$$
\int\!\!\!\int\!\!\!\int_{K} \textrm{div} {\bf F}\, dxdydz.
$$
$$
\int\!\!\!\int_{Y_{1}}=\int\!\!\!\int_{x^2+y^2\le 2}(xy,y^2,1)\cdot
(0,0,1)\, dxdy=
$$
$$
\int\!\!\!\int_{x^2+y^2\le 2} 1\, dxdy=2\pi .
$$
$$
\int\!\!\!\int_{Y_{-1}}=\int\!\!\!\int_{x^2+y^2\le 2}(xy,-y^2,-1)\cdot
(0,0,-1)\, dxdy=
$$
$$
\int\!\!\!\int_{x^2+y^2\le 2} 1\, dxdy=2\pi .
$$
$$
\int\!\!\!\int\!\!\!\int_{K} \textrm{div} {\bf F}=
\int\!\!\!\int\!\!\!\int_{K} (y+2yz+1)\, dxdydz=
$$
$$
=\int_{-1}^1 \left(\int\!\!\!\int_{x^2+y^2\le 1+z^2} (y+2yz+1)\,
dxdy \right)dz
$$
De två termerna $y$ och $yz$ ger p g a symmetri $0$ då vi integrerar
först m a p $y$ i den inre integralen. Den tredje termen $1$ ger vid
integration m a p $x,y$, arean av en cirkel med radie $\sqrt{1+z^2}$.
Vi får
$$
=\int_{-1}^1 \pi (1+z^2)\, dz=\left[z+\frac13 z^3\right]^1_{-1}=
\frac83 \pi.
$$
Sammanfattningsvis:
$$
\int\!\!\!\int_Y {\bf F\cdot N}\, dS=\frac83 \pi -2\pi -2\pi =-\frac43 \pi.
$$
Maila för handledning.
Hur upplevde du problemet?
Svårighet:
Relevans:
Svårighet:
Relevans: