Løsning, Stokes setning

Like dokumenter
Randkurva C til flata S orienteres positivt sett ovenfra, og kan parametriseres ved: r (t) = [ sin t, cos t, sin t] dt, 0 t 2π.

Oppgavene er hentet fra fagets lærebok, Hass, Weir og Thomas, samt gamle eksamener.

LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING 11, TMA4105, V2008. x = r cos θ, y = r sin θ, z = 2r for 0 θ 2π, 2 2r 6. i j k. 5 r dr dθ = 8

Oppgavesettet har 10 punkter 1, 2ab, 3ab, 4ab, 5abc som teller likt ved bedømmelsen.

SIF5005 Matematikk 2, 13. mai 2002 Løsningsforslag

(t) = [ 2 cos t, 2 sin t, 0] = 4. Da z = 2(1 + t) blir kurva C en helix/ei skruelinje på denne flata (se fig side 392).

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Matematikk 4, ALM304V Løsningsforslag eksamen mars da 1 er arealet av en sirkel med radius 2. F = y x = t t r = t t v = r = t t

EKSAMEN. Valgfag, ingeniørutdanning (3. klasse). ANTALL SIDER UTLEVERT: 5 (innkl. forside og 2 sider formelark.)

Oppgaver og fasit til seksjon

EKSAMEN i MATEMATIKK 30

UNIVERSITETET I OSLO

Vi regner først ut de nødvendige partiellderiverte for å se om vektorfeltet er konservativt. z = 2z, F 2 F 2 z = 2y, F 3. x = 2x, F 3.

y = x y, y 2 x 2 = c,

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FAGET 5005/7 MATEMATIKK 2 1. august der k er et vilkårlig heltall. Det gir

SIF 5005 Matematikk 2 våren 2001

e y + ye x +2x xe y + e x +1 0 = 0

EKSAMEN. 3. klassene, ingenørutdanning. ANTALL SIDER UTLEVERT: 5 (innkl. forside og formelark)

EKSAMEN I FAG SIF5005 MATEMATIKK 2

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1110, uka 8-12/2

dx = 1 1 )dx = 3 y= x . Tangentplanet til hyperboloiden i (2, 1, 3) er derfor gitt ved x 2, y 1, z 3 = 0 x 2 + 2(y 1) 2 (z 3) = 0 x + 2y 2z 3 = 2

F = x F 1 + y F 2 + z F 3 = y 2 z 2 + x 2. i j k F = xy 2 yz 2 zx 2 = i(0 ( 2yz)) j(2xz 0) + k(0 2xy) = 2yzi 2xzj 2xyk.

EKSAMEN i MATEMATIKK 30

The full and long title of the presentation

TMA Representasjoner. Funksjoner. Operasjoner

Eksamen, høsten 13 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Løsning til eksamen i ingeniørmatematikk

Eksamen, høsten 14 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT 1110, våren 2006

SIF5005 MATEMATIKK 2 VÅR r5 drdθ = 1 m. zrdzdrdθ = 1 m. zrdzdrdθ =

Løsning IM

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TMA4105 MATEMATIKK 2 Lørdag 14. aug 2004

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, 8.juni 2010

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

Integraler. John Rognes. 15. mars 2011

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

a 2 x 2 dy dx = e r r dr dθ =

Oppgaver og fasit til kapittel 6

(1 + x 2 + y 2 ) 2 = 1 x2 + y 2. (1 + x 2 + y 2 ) 2, x 2y

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: MAT-1003 Dato: Tirsdag 15. desember 2015 Tid: Kl 15:00 19:00 Sted: Åsgårdvegen 9

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, vår 2009

Eksamen i V139A Matematikk 30

dg = ( g P0 u)ds = ( ) = 0

Arne B. Sletsjøe. Oppgaver, MAT 1012

Eksamensoppgaver og Matematikk 1B

NTNU. MA1103 Flerdimensjonal Analyse våren Maple-øving 2. Viktig informasjon. Institutt for matematiske fag. maple02 28.

Eksamen i V139A Matematikk 30

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

EKSAMEN. 3. klassene, ingenørutdanning. ANTALL SIDER UTLEVERT: 5 (innkl. forside og 2 sider formelark.)

= (2 6y) da. = πa 2 3

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Tegn en skisse som tydelig viser integrasjonsområdet og grensene: = 1 3. dy = 1 3

Løsning, funksjoner av flere variable.

EKSAMEN. 3. klassene, ingenørutdanning. ANTALL SIDER UTLEVERT: 5 (innkl. forside og formelark)

LØSNINGSFORSLAG TMA4105 Matematikk 2 8. August 2005

Som vanlig er enkelte oppgaver kopiert fra tidligere års løsningsforslag. Derfor kan notasjon, språk og stil variere noe fra oppgave til oppgave.

TMA Tanker omkring innlevering 3 fra en studentassistents perspektiv

Vår TMA4105 Matematikk 2. Løsningsforslag Øving 6. 5 Exercise Exercise

5 z ds = x 2 +4y 2 4

Løsning IM

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2014

Løsning, Trippelintegraler

Velkommen til Eksamenskurs matematikk 2

Tillegg om flateintegraler

Ma Flerdimensjonal Analyse Øving 11

Oppgaver og fasit til seksjon

Figur 1: Volumet vi er ute etter ligger innenfor de blå linjene. Planet som de røde linjene ligger i deler volumet opp i to pyramider.

EKSAMEN. 3. klassene, ingenørutdanning. ANTALL SIDER UTLEVERT: 5 (innkl. forside og 2 sider formler.)

Kurve-, flate- og volumintegraler, beregning av trykkraft

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen IRF30014, våren 16 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Integralsatser: Green, Stokes og Gauss

EKSAMEN I FAG SIF5005 MATEMATIKK 2

Kurve-, flate- og volumintegraler, beregning av trykkraft

UNIVERSITETET I OSLO

Obligatorisk oppgave 2

EKSAMENSOPPGAVE. KRAFT I og II Hall del 2 Kraft sportssenter Ingen

Løsning, Oppsummering av kapittel 10.

EKSAMEN BOKMÅL STEMMER. DATO: TID: OPPG. SIDER: VEDLEGG: 3 desember :00-13: FAGKODE: IR Matematikk 1

Øving 3. Oppgave 1 (oppvarming med noen enkle oppgaver fra tidligere midtsemesterprøver)

. 2+cos(x) 0 og alle biter som inngår i uttrykket er kontinuerlige. Da blir g kontinuerlig i hele planet.

MAT Prøveeksamen 29. mai - Løsningsforslag

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA Hvis JA: ca. kl.10:00 og 12:00

MAT mars mars mars 2010 MAT Våren 2010

Navn/kursparallell skrives her (ved gruppearbeid er det viktig at alle fyller ut):

Eksamen IRF30014, høsten 15 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Løsningsforslag AA6524 Matematikk 3MX Elever 7. juni eksamensoppgaver.org

Løsningsforslag eksamen TMA4105 matematikk 2, 25. mai 2005

Kapittel 11: Integrasjon i flere variable

Obligatorisk oppgåve 1

NY Eksamen i matematikk III, 5 studiepoeng. August 2007

Vår TMA4105 Matematikk 2. Løsningsforslag Øving 2. Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag

Innlevering BYPE2000 Matematikk 2000 HIOA Obligatorisk innlevering 2 Innleveringsfrist Tirsdag 1. april 2014 kl. 12:45 Antall oppgaver: 8+2

Fasit, Anvendelser av integrasjon.

UNIVERSITETET I OSLO

Transkript:

Ukeoppgaver, uke 4 Matematikk, tokes setning 1 Løsning, tokes setning Oppgave 1 a) b) c) F x y z x y z F x x + y y + z z 1+1+1 iden F er feltet konservativt. ( z y y ) ( x i z z z ) ( y x x x ) k i +k y F ++xy xy ( ) ( F xyz x y z yz xz xyz xz yz i + y z z xyz ) ( ) xz x x yz k y iden F er feltet konservativt. (xz xz)i +(yz yz)(z z )k i +k F y + z + x ( ) ( ) ( ) F zx x y z xy yz zx y yz xy i + z z zx yz x x xy k y yzi zxj xyk iden F er ikke feltet konservativt. Oppgave a) er en halvkule (over xy-planet) med sentrum i origo og radius. Randen blir dermed en sirkel med radius i xy-planet (orientert mot urviseren). enne kan parametriseres som r(t) [cos(t), sin(t), ], t π b ) og dermed er dx sin(t) dt, dy cos(t) dt og dz : ( F ) n d F T ds ydx xdy+ xyz dz π 6sin(t)( sin(t)) 4cos(t)( cos(t)) + dt π π 4cos(t) 1 dt π 4sin (t) 8(cos (t)+sin (t)) dt Randen blir en sirkel med radius i xy-planet (orientert mot urviseren). enne kan parametriseres som [ cos(t), sin(t), ], t π, ogdermederdx sin(t) dt, dy cos(t) dt og dz : ( F ) n d F T ds xy dx dy +arctan(x ) dz π cos(t) sin(t)( sin(t)) ( cos(t)) + dt π 7 cos(t)sin (t) 6cos(t) dt ette integreres greit ved å substituere med u sin(t), og da blir såvel øvre som nedre grense u : 7u 6 du

Ukeoppgaver, uke 4 Matematikk, tokes setning c) Flaten er en rettavkortet kjegle. enne er ikke avgrenset av en rand som er en enkelt kurve, men av to kurver: En sirkel oppe ( 1 )ogennede( ). Med oppadrettet normalvektor (positiv. koordinat) blir orienteringen til sirkelen i toppen riktig veg, mot klokka sett ovenifra, mens den nede blir med klokka, så her bytter vi fortegn. Adderer vi disse får vi F n ds F n ds 1 F n ds ette kan vises ved at randen sees på som en kurve som antydet på tegningen, der hjelpesnittet gir integral siden vi skal integrere en gang hver veg langs dette. -,5 1,5-1 -,5 1 - -1 1 -,5 1,5-1 -,5 1 - -1 1 irkelen 1 kan parametriseres som ( F ) n d tokes F n ds F n ds 1 r 1 (t) [cos(t), sin(t), ], t π som gir dx sin(t) dt, dy cos(t) dt og dz dt irkelen kan parametriseres som r (t) [cos(t), sin(t), 1], t π som gir dx sin(t) dt, dy cos(t) dt og dz dt Pdx+Qdy+Rdz Pdx+Qdy+Rdz 1 π π π ( sin(t)) ( sin(t)) dt ( cos(t)) ( cos(t)) dt+ dt (sin(t)) ( sin(t)) dt (cos(t)) (cos(t)) dt +dt 6 sin (t) 6 cos dt π 6 dt 5π Oppgave a) Vi har F x y z z x y [,, 1]

Ukeoppgaver, uke 4 Matematikk, tokes setning En flate som er gitt ved en likning z f(x, y) kan parametriseres ved r(x, y) [x, y, f(x, y)], som for planet z x er r(x, y) [x, y, x]. a er r x [1,, 1] og r y [, 1, ] slik at r x r y 1 1 1 1 1 i 1 1 1 1 j i( 1) j( ) + k(1 ) [ 1,, 1]. Merk at. koordinat er 1 >, slik at dette er oppadrettet normalvektor, dvs. riktig orientert. Vi kan da bruke omfromingen F T ds F n d F (r x r y ) dx dy der er området parametrene varierer over i flatestykket, dvs sirkelen x + y 4. Med dette området er det hensiktsmessig å skifte til polarkoordianter, med r, θ π og dx dy rdrdθ: π π [... [,, 1] [ 1,, 1] dx dy ( ++1)rdrdθ r ] π dθ 4 dθ 8π En alternativ utregning: Merk at planet z x kan skrives 1 x + y +1 z,ogkoeffisientene[ 1,, 1] gir en normalvektor i riktig retning, og med lengde. Flateintegralet kan da skrives ( F ) n d [,, 1] [ 1,, 1]/ d / d / d Hererdetmuligå se at flatebiten er en ellipse med halvakser av lengde og, og dermed med areal 4 π. et siste integralet er arealet av dette flatestykket, slik at svaret er / 4 π 8π. b) Vi har F x y z [, 1, ]. y x x z x y Flaten x +y + z kanomskrivestilz x y, og dermed parametriseres ved r(x, y) [x, y, x y]. a er r x [1,, 1] og r y [, 1, ] slik at r x r y 1 1 1 1 1 i 1 1 1 1 j c) i( ( 1)) j( ) + k(1 ) [1,, 1]. (som ikke tilfeldigvis er det samme som koeffisientene i planets likning). Vi får da F T ds [, 1, ] [1,, 1] dx dy dx dy dx dy et siste integralet er arealet av parameterområdet, som er trekanten vi får i xy-planet når vi setter z (tegn figur!). Arealet av denne er 1 1 1,så hele integralet er 1. F x y z i ( ) j ( ) + k (y y) [,, y] y + e x xy e y arctan(z) Videre er r u [1, 1,v]ogr v [ 1, 1,u] slik at r u r v 1 1 v 1 1 u 1 v 1 u i 1 v 1 u 1 1 1 1 j

4 Ukeoppgaver, uke 4 Matematikk, tokes setning ermed er 1 i(u v) j(u + v)+k(1 + 1) [u v, u v, ] F T ds [,, (u v)] [ u v, v + u, ] du dv [ uv u ] v dv 1 1 v v v dv [ v ] 1 1 Oppgave 4 F x y z [,, ] y z x + z y x så F er curlfri og dermed et gradientfelt (og dermed konservativt felt). φ(x 1,y 1,z 1 ) φ(,, ) (x1,y 1,z 1) (,,) u vdudv (y z) dx +(x + z) dy +(y x) dz uansett veg mellom (,, ) og (x 1,y 1,z 1 ), siden det er et konservativt felt. Vi velger en veg fra (,, ) til [x 1,y 1,z 1 ] som (for eksempel) består av de tre delene r 1 (t) [tx 1,, ] (med dx x 1 dt, dy dz ), r (t) [x 1,ty 1, ] (med dy y 1 dt, dx dz )og r (t) [x 1,y 1,tz 1 ] (med dz z 1 dt, dx dy ). For alle tre er t 1, så vedå uttrykke alt ved t og droppe de leddene som blir (fordi dx, dy eller dz er ) får vi: φ(x 1,y 1,z 1 ) φ(,, ) 1 (( )x 1 +(x 1 +)y 1 +(y 1 x 1 )z 1 ) dt [+x 1 y 1 t +(y 1 x 1 )z 1 t] 1 x 1y 1 + y 1 z 1 x 1 z 1 a er F φ, og da konstanten φ(,, ) blir borte i deriveringene i φ kan denne velges fritt. Hvis vi setter φ(,, ) og (x, y, z) (x 1,y 1,z 1 ), får vi φ(x, y, z) xy + yz xz Oppgave 5 a ) Tar utledningen for en funksjon med to variable: b ) (af + bg) (af + bg) (af + bg) i + j a f x y x i + b g x i + af y b g y j ( f a x i + f ) ( g y b x i + g ) y j a f + b g etter F [P (x, y, z),q(x, y, z),r(x, y, z)] og G [(x, y, z),t(x, y, z),u(x, y, z)]: (af + bg) x y z ap + b aq + bt ar + bu En generell regneregel for determinanter sier at om en rekke er en sum kan determinanten spaltes opp slik: x y z ap aq ar + x y z b bt bu En annen regneregel for determinanter sier at skalarer som er felles faktor i en rekke kan settes utenfor: a x y z P Q R + b x y z a F + b G T U

Ukeoppgaver, uke 4 Matematikk, tokes setning 5 Oppgave 6 a) At F (x, y, z) er konservativt i betyr at det fins en potensialfunksjon f(x, y, z) for F (x, y, z) i, dvs. at f(x, y, z) F (x, y, z) i. b) Uavhengighet av veg kan også brukes som definisjon, men ikke at curlen er, da dette bare er et kriterium med forbehold om formen på. F /x /y /z x z ln(y + z 1) y ln(y + z 1) ( (y + z ) y + z 1 +ln(y + z 1)) i. F er ikke konservativt i, fordi F i. c) På er x ogy + z 4, slik at F ln()( z y k), og med den oppgitte parametriseringen av er r (t) sintcostk, såvifår: π/ F d r ln()( sintcostk) ( sintcostk)dt ln() π/ (4 sin t +4cos t)dt 4ln() π/ dt 4ln() π π ln().