Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
math.doc
Скачиваний:
51
Добавлен:
14.03.2016
Размер:
3.14 Mб
Скачать

2. Формула Стокса

Литература. [4], гл. XV, § 7, упр. 31—33; [5], гл. VII, § 10 (п. 3°), § 12 (п. 5°), задачи 2357—2359; [9], ч. II, гл. II, § 6.

Пример 2. Найти циркуляцию векторного поля F=(х-2z)i+(x+3y+z)j+(5х+у)k по контуру треугольника ABC; где A(1; 0; 0), В(0; 1; 0), С(0; 0; 1) (рис. 5).

Решение. Используем формулу Стокса

где направление обхода контура λ должно быть положительным. Находим:

В качестве о возьмем треугольник ABC, который расположен на плоскости х+у+z=1; берем верхнюю сторону этого треугольника (нормальный вектор n выходит из выбранной стороны поверхности; см. рис. 5).

По формуле (3) последовательно находим (к — контур треугольника ABC; направление обхода по К указано на рис. 5):

здесь (rot F)x, (rot F)y, (rot F)z — координаты вектора rot F, т. е, его проекции на оси координат.

3. Формула Остроградского

Литература. [4], гл. XV, § 8, упр. 34—41; [5], гл. VII, § 11, 12 (п. 4), задачи 2363—2367; [9], ч. II, гл. II, § 6.

Пример 3. Найти поток векторного поля P=х2i+xj+xzk через внешнюю сторону замкнутой поверхности σ, расположенной в первом октанте и образованной частями параболоида вращения у=z2+x2 и следующих плоскостей: у=1, х=0, z=0 (см. рис. 4).

Решение. Используем формулу Остроградского

где n — внешняя нормаль поверхности σ. Находим

По формуле (4) получаем

4. Потенциальные и соленоидальные векторные поля

Литература. [4], гл. XV, § 9, п. 4, о; [5], гл. VII, § 12 '(п. 6°), задачи 2397—2400.

Векторное поле F=Xi+Yj+Zk называется потенциальным, если F = grad u, где u=u(х, у, z)—скалярная функция (потенциал поля). Потенциал поля обычно находят по формуле

где M0(x0; y0; z0) - фиксирования точка рассматриваемой области.

Формула (5) получается в результате вычисления интеграла

по ломаной M0M1M2M (рис. 6), звенья которой параллельны осям координат (предполагается, что эта ломаная принадлежит рассматриваемой односвязной области).

является потенциальным. Найти его потенциал.

Решение. Находим

Отсюда следует, что данное поле — потенциальное.

Потенциал поля и(x, у, г) находим по формуле (5):

где

Векторное поле F называется соленоидальным, если в каждой точке поля divF=0. Так, например, векторное поле

является соленоидальным, так как для него

5. Операторы Гамильтона и Лапласа

Литература. [4], гл. XV, § 9, упр. 20, 43; [5], гл. VII, § 12, п 2°, 6°.

Дополнительные сведения по векторному анализу можно найти в пособии: Смирнов В. И. Курс высшей математики. — М.: Наука, 1974, т. II, гл. IV, § 11.

Вопросы для самопроверки

  1. Выведите формулу Стокса и напишите ее в векторной форме.

  2. Выведите формулу Остроградского и напишите ее в векторной форме.

  3. Какое поле называется потенциальным? Что такое потенциал этого поля? В чем состоит необходимое и достаточное условие потенциальности поля?

  4. Напишите формулу для нахождения потенциала U(x, у, z) потенциального поля F=Xdx+Ydy+Zdz. Приведите пример применения этой формулы.

  5. Какое поле называется соленоидальным? Приведите пример.

  6. Какая функция называется гармонической? Приведите пример.

  7. Что такое оператор Гамильтона? Обоснуйте записи: .

  8. Докажите, что rot(grad u)=0. Запишите это равенство с помощью оператора Гамильтона.

  9. Что называется оператором Лапласа? Выведите формулу

  1. Что называется уравнением Лапласа? Как называется функция, удовлетворяющая этому уравнению?

  2. Запишите оператор Лапласа в цилиндрических и сферических координатах.

После изучения тем XV, XVI и XVII выполните контрольную работу 9.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]