Матрицы и определители Аналитическая геометрия Функции нескольких переменных Уравнения в полных дифференциалах. Алгебра матриц Найти интеграл Вычислить несобственный интеграл Площадь плоской криволинейной трапеции

Задачи типового расчета по математике. Решение курсовой, контрольной, самостоятельной работы

ЗАДАНИЕ 13. Вычислить работу силы  при перемещении единичной массы вдоль кривой  линии пересечения двух поверхностей:  от точки  до точки 

РЕШЕНИЕ.

Работа силы по перемещению материальной точки единичной массы есть линейный интеграл вдоль дуги  от точки  до точки 

.

Последний интеграл есть криволинейный интеграл второго рода по пространственной кривой . Его вычисление сводится к вычислению определенного интеграла, для чего кривую  надо представить в параметрической форме (условием задачи кривая  задана в виде линии пересечения поверхности кругового цилиндра  с плоскостью , см. рис.81).

Параметризацию кривой удобно провести следующим образом: зададим ; тогда из уравнения цилиндра найдем, что  и из уравнения плоскости, что . Итак,

.

Найдем значения параметра , соответствующие точкам  и 

, откуда 

, откуда .

Рис.81

Для работы получим

=

=

=

Ответ. Работа равна .

Пусть векторное поле задано в выбранной системе координат как . Назовем дивергенциейскалярное поле (при условии, что эти частные производные существуют).

Легко доказать, что:

  1. . Здесь - скалярное поле и символ

обозначает скалярное произведение этих векторов.

Понятие можно определить независимым от координат способом. Для этого рассмотрим точку , окружим ее шаром радиуса и применим теорему Остроградского-Гаусса: , где - вышеупомянутый шар, а - внешняя сторона ограничивающей его сферы. К правой части применим теорему о среднем (учитывая непрерывность): , где - близкая к точка. При и мы можем определить дивергенцию равенством: , в правой части которого система координат не фигурирует.

Если считать вектором скорости жидкости, то - это плотность источника.

Циркуляция. Ротор. Пусть - контур с заданным направлением обхода, - векторное поле, - единичный вектор касательной к кривой. Определим циркуляцию как интеграл (смысл – работа силы вдоль контура ).

Введем систему координат. Пусть - направляющие косинусы , - координаты .

Тогда и циркуляция представляет собой интеграл .

Для заданного непрерывно-дифференцируемого поля определин ротор (или вихрь) этого поля: .


Метод интегрирования по частям