Mat Matematiikan peruskurssi S2

Samankaltaiset tiedostot
Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Ratkaisut viikko 3

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 3: Vektorikentät

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Harjoitus 4/ Syksy 2017

Fr ( ) Fxyz (,, ), täytyy integroida:

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit 2 (alkuviikko) / Syksy 2016

Mat Matematiikan peruskurssi K2

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 8: Divergenssi ja roottori. Gaussin divergenssilause.

= ( F dx F dy F dz).

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Laskuharjoitus 7 /

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit laskuharjoitusviikkoon 5 /

f x da, kun A on tason origokeskinen yksikköympyrä, jonka kehällä funktion f arvot saadaan lausekkeesta f (x, y) = 2x 3y 2.

Oletetaan sitten, että γ(i) = η(j). Koska γ ja η ovat Jordan-polku, ne ovat jatkuvia injektiivisiä kuvauksia kompaktilta joukolta, ja määrittävät

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Laskuharjoitusviikko 5 /

12. Derivointioperaattoreista geometrisissa avaruuksissa

x (t) = 2t ja y (t) = 3t 2 x (t) + + y (t) Lasketaan pari käyrän arvoa ja hahmotellaan kuvaaja: A 2 A 1

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 1: Parametrisoidut käyrät ja kaarenpituus

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 6: Vektorikentän viivaintegraali

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 10: Stokesin lause

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 11: Taso- ja tilavuusintegraalien sovellutuksia

F dr = F NdS. VEKTORIANALYYSI Luento Stokesin lause

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 10: Moninkertaisten integraalien sovelluksia

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 10: Moninkertaisten integraalien sovelluksia

Tilavuus puolestaan voidaan esittää funktiona V : (0, ) (0, ) R,

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 9: Greenin lause

Polkuintegraali yleistyy helposti paloitain C 1 -poluille. Määritelmä Olkoot γ : [a, b] R m paloittain C 1 -polku välin [a, b] jaon

a) Mikä on integraalifunktio ja miten derivaatta liittyy siihen? Anna esimerkki = 16 3 =

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 9: Muuttujanvaihto taso- ja avaruusintegraaleissa

Gaussin lause eli divergenssilause 1

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

y x1 σ t 1 = c y x 1 σ t 1 = y x 2 σ t 2 y x 2 x 1 y = σ(t 2 t 1 ) x 2 x 1 y t 2 t 1

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 1: Parametrisoidut käyrät ja kaarenpituus

r > y x z x = z y + y x z y + y x = r y x + y x = r

Vektoriarvoiset funktiot Vektoriarvoisen funktion jatkuvuus ja derivoituvuus

Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (CHEM) MS-A0207 Hakula/Vuojamo Kurssitentti, 12.2, 2018, arvosteluperusteet

Kuva 1: Funktion f tasa-arvokäyriä. Ratkaisu. Suurin kasvunopeus on gradientin suuntaan. 6x 0,2

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 4: Taso- ja avaruuskäyrät

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Tentti ja välikokeiden uusinta

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos. MS-A0203 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2, kevät 2016

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit laskuharjoitukseen 3 /

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

(d) f (x,y,z) = x2 y. (d)

x = π 3 + nπ, x + 1 f (x) = 2x (x + 1) x2 1 (x + 1) 2 = 2x2 + 2x x 2 = x2 + 2x f ( 3) = ( 3)2 + 2 ( 3) ( 3) = = 21 tosi

x n e x dx = n( e x ) nx n 1 ( e x ) = x n e x + ni n 1 x 4 e x dx = x 4 e x +4( x 3 e x +3( x 2 e x +2( xe x e x ))) = e x

Viivaintegraali ja Greenin lause

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 2: Usean muuttujan funktiot

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 10: Napa-, sylinteri- ja pallokoordinaatistot. Pintaintegraali.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 TFM Laskuharjoitus 2L

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 5: Gradientti ja suunnattu derivaatta. Vektoriarvoiset funktiot. Taylor-approksimaatio.

Antti Rasila. Kevät Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto. Antti Rasila (Aalto-yliopisto) MS-A0204 Kevät / 16

Pintaintegraali. i j k cos(θ) sin(θ) 1. = r cos(θ)i r sin(θ)j + rk, r sin(θ) r cos(θ) 0 joten

4. Käyrän lokaaleja ominaisuuksia

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (CHEM) Luento 2: Usean muuttujan funktiot

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 7: Pintaintegraali ja vuointegraali

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2017 Insinöörivalinnan matematiikan koe , Ratkaisut (Sarja A)

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II

Ratkaisut vuosien tehtäviin

4. Derivointi useammassa ulottuvuudessa

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II

DYNAMIIKKA II, LUENTO 5 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

y = 3x2 y 2 + sin(2x). x = ex y + e y2 y = ex y + 2xye y2

14. Pyörteettömät ja lähteettömät vektorikentät; potentiaali

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

= + + = 4. Derivointi useammassa ulottuvuudessa

x + 1 πx + 2y = 6 2y = 6 x 1 2 πx y = x 1 4 πx Ikkunan pinta-ala on suorakulmion ja puoliympyrän pinta-alojen summa, eli

Pisteessä (1,2,0) osittaisderivaatoilla on arvot 4,1 ja 1. Täten f(1, 2, 0) = 4i + j + k. b) Mihin suuntaan pallo lähtee vierimään kohdasta

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 4: Ketjusäännöt ja lineaarinen approksimointi

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 5: Kaarenpituus ja skalaarikentän viivaintegraali

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 1: Moniulotteiset integraalit

Integrointi ja sovellukset

Luennoitsija: Jukka Maalampi Luennot: , ma 9-10 ja ke Luentoja ei ole viikoilla 15 (pääsiäisviikko).

, c) x = 0 tai x = 2. = x 3. 9 = 2 3, = eli kun x = 5 tai x = 1. Näistä

edition). Luennot seuraavat tätä kirjaa, mutta eivät orjallisesti.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 2

Tekijä Pitkä matematiikka Suoran pisteitä ovat esimerkiksi ( 5, 2), ( 2,1), (1, 0), (4, 1) ja ( 11, 4).

Differentiaalilaskennan tehtäviä

Vektorilaskenta, tentti

JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO. Integraalilaskenta 2 Harjoitus Olkoon A := {(x, y) R 2 0 x π, sin x y 2 sin x}. Laske käyräintegraali

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos. MS-A0203 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2, kevät 2016

Tutki, onko seuraavilla kahden reaalimuuttujan reaaliarvoisilla funktioilla raja-arvoa origossa: x 2 + y 2, d) y 2. x + y, c) x 3

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

Funktiot. funktioita f : A R. Yleensä funktion määrittelyjoukko M f = A on jokin väli, muttei aina.

Nopeus, kiihtyvyys ja liikemäärä Vektorit

Matematiikan tukikurssi

LUKU 3. Ulkoinen derivaatta. dx i 1. dx i 2. ω i1,i 2,...,i k

Matematiikka B1 - TUDI

Tekijä Pitkä matematiikka a) Ratkaistaan nimittäjien nollakohdat. ja x = 0. x 1= Funktion f määrittelyehto on x 1 ja x 0.

Differentiaalilaskenta 1.

13. Ratkaisu. Kirjoitetaan tehtävän DY hieman eri muodossa: = 1 + y x + ( y ) 2 (y )

Sisältö Sisältö 14.Useamman muuttujan funktioiden integrointi

läheisyydessä. Piirrä funktio f ja nämä approksimaatiot samaan kuvaan. Näyttääkö järkeenkäyvältä?

Matematiikan taito 9, RATKAISUT. , jolloin. . Vast. ]0,2] arvot.

1.7 Gradientti ja suunnatut derivaatat

3 Yhtälöryhmä ja pistetulo

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

= 9 = 3 2 = 2( ) = = 2

(b) = x cos x 1 ( cos x)dx. = x cos x + cos xdx. = sin x x cos x + C, C R.

Transkriptio:

Mat-1.122 Matematiikan peruskurssi S2 Ratkaisuehdotuksia Harjoitus 12 alkuviikko Tehtävä 1 Hahmottele annetut vektorikentät sekä niiden kenttäviivat tapauksissa. a)f(x, y) xi + yj b)f(x, y) e x i + e -x j c)f(x, y) ln(x 2 + y2 ) Ratkaisu Tämä on ihanteellinen tehtävä Mathematicalle. Tehtävien lopussa on notebook, jossa on piirretty kuvat. Alla on johdettu kenttäviivojen pirtämisessä tarvittavat yhtälöt. Kenttäviivat saadaan ratkaistua yhtälöstä dx F 1 x, y, z dy F 2 x, y, z dz F 3 x, y, z missä Fi ei ole osittaisderivaatta vaan komponentti kaavasta F(x, y, z) F1(x, y, z)i + F2(x, y, z)j + F3(x, y, z)k. a) Saadaan: dy y dx x ln y ln x c' y e c' e ln x b) Saadaan: ycx dy dx x e e x dy dx e 2x y 1 2 e 2x c

c) Saadaan: ln(x 2 + y 2 ) dx 2x Tämä on sama kuin a)-kohdassa. Tehtävä 2 Onko vektorikenttä 2x x 2 + y 2 i + 2y x 2 + y 2 j dy 2y x 2 +y 2 dy y dx x y cx x 2 +y 2 F(x, y, z) (xy sin z)i + ( 1 2 x2 ey z ey )j + ( x cos z)k z2 konservatiivinen alueessa D {(x, y, z) : z }? Laske kentän potentiaali, jos toteat sen konservatiiviseksi Ratkaisu Lemma 2 (Välttämätön ehto kentän konservatiivisuudelle) Jos kenttä F(x, y, z) F 1 (x, y, z)i + F 2 (x, y, z)j + F 3 (x, y, z)k on konservatiivinen vektorikenttä alueessa D, silloin täytyy olla kaikkialla D:ssä voimassa F 1 y F 2 x, F 1 z F 3 x, F 2 z F 3 y Lemman negaatio on: Jos jokin osittaisderivaattayhtäsuuruuksista ei ole voimassa, kenttä ei ole konservatiivinen. Lisäksi on syytä huomata, että lemma ei anna riittäviä ehtoja. Vaikka annetut yhtälöt ovat voimassa, kenttä ei välttämättä ole konservatiivinen. Tutkitaan lemman 2 antamia yhtälöitä: F 1 y x F 2 x F 1 z cos z F 3 x F 2 z ey z 2 F 3 y Nyt näyttäisi siltä, että kenttä on ainakin tämän testin osalta konservatiivinen. Etsitään φ. φ x F 1 xy sin z φ(x, y, z) xy sin z dx 1 2 x2 y x sin z + c(y, z) φ y 1 2 x2 + c y (y, z) 1 2 x2 ey z F 2 2

φ z c (y, z) ey y z c(y, z) ey z + d(z) φ(x, y, z) 1 2 x2 y x sin z ey z + d(z) x cos z + ey z 2 + d (z) ey z 2 x cos z F 3 d (z) d(z) φ(x, y, z) 1 2 x2 y x sin z ey z + Löydettiin potentiaali jolloin kenttä on konservatiivinen. Tehtävä 3 Onko kenttä F(x, y, z) (2xy z 2 )i + (2yz + x 2 )j (2zx y 2 )k konservatiivinen? Jos näin on, laske sen potentiaali. Ratkaisu Tehtävä ratkeaa kuten edellinen tehtävä lemman 2 avulla. F 1 y 2x F 2 x F 1 z 2z F 3 x F 2 z 2y F 3 y Kenttä saattaa olla konservatiivinen. Etsitään φ. φ x F 1 2xy z 2 φ(x, y, z) 2xy z 2 dx x 2 y xz 2 + c(y, z) φ y c(y, z) x2 + 2yz + x 2 F 2 y c(y, z) 2yz y c(y, z) 2yz dy y 2 z + d(z) φ(x, y, z) x 2 y xz 2 + y 2 z + d(z) φ z 2xz + y2 + d (z) 2zx + y 2 F 3 d (z) φ(x, y, z) x 2 y xz 2 + y 2 z + 3

Tehtävä 4 Onko kenttä F(x, y, z) e x2 +y 2 +z 2 (xzi + yzj + xyk) konservatiivinen? Jos näin on, laske sen potentiaali. Ratkaisu Tämäkin tehtävä ratkeaa lemman 2 avulla. F 1 y 2 xz2yex +y 2 +z 2 F 2 x F 1 z 2xz2 e x 2 +y 2 +z 2 + xe x2 +y 2 +z 2 ye x2 +y 2 +z 2 + 2x 2 ye x2 +y 2 +z 2 F 3 x Ei ole konservatiivinen. Tehtävä 5 Laske ln r, kun r xi + yj + zk. Ratkaisu x ln x 2 + y 2 + z 2 Muut osittaisderivaatat vastaavasti. Tehtävä 6 ln r x x 2 + y 2 + z 2 i + r x 2 + y 2 + z 2 1 2 (x2 + y 2 + z 2 ) 1/2 2x x2 + y 2 + z 2 x x 2 + y 2 + z 2 j + x x 2 + y 2 + z 2 x x 2 + y 2 + z 2 k Kolmiulotteisen koordinaatiston z-akselia voidaan kutsua ns. viivalähteeksi, jos jokainen z-akselin väli δz emittoi nestettä nopeudella dv dt 2πmδz, missä V on tilavuus ja m on vakio. Oletetaan, että z-akseli on viivalähde ja että neste pääsee leviämään z-akselilta tasaisesti kaikkiin suuntiin. Osoita, että tällöin nesteen virtauskenttä on muotoa Ratkaisu v m x 2 (xi + yj) + y2 Tehtävän ratkaisu etenee, kuten kirjan sivulla 817 (Adams: 6. painos). Lähetetty vuo viivalähteestä jolakin ajan hetkellä t tulee olemaan ajanhetkellä t levinneenä sylinterin muotoiselle alueelle, jonka säde on r r(t) ja korkeus δz. Kaikki neste sylinterin sisällä on emittoitu aikavälillä [, t], joten pätee: πr 2 δz 2πmδzt, 4

josta saadaan r(t) 2 2mt. Differentioidaan puolittain, jolloin saadaan 2r dr dt 2m v(r) m r v(r) v(r) r r m r 2 r, koska r r. Tämä on haluttu tulos, sillä r xi + yj, jolloin r 2 x 2 + y 2. 5

teht1.nb 1 Tehtävän 1 notebook a) Remove "Global " Needs "Graphics PlotField " PlotVectorField nielee sellaisenaan tehtävänannon mukaisia kenttiä. PlotVectorField x, y, x, 5, 5, y, 5, 5, AspectRatio Automatic, Axes Automatic 4 2-4 -2 2 4-2 -4 Graphics Luodaan origokeskeisiä suoria, joiden x akselin välinen kulma kasvaa tasaisesti. Valitaan kasvu siten, että suora x vältetään, koska sen kulmakerroin on ääretön. Tan antaa kulmaa vastaavan kulmakertoimen. For i 1, i 22, akuva i Plot Tan i 1 Pi 21 x, x, 5, 5, DisplayFunction Identity ; i

teht1.nb 2 Show Table akuva i, i, 1, 21, DisplayFunction $DisplayFunction, PlotRange 5, 5 4 2-4 -2 2 4-2 -4 b) Graphics PlotVectorField Exp x, Exp x, x, 2, 2, y, 2, 2, AspectRatio Automatic, Axes Automatic 2 1-2 -1 1 2-1 Graphics -2 Piirretään kenttäviivat kun c { 1, 9, 8, 7,...,1} For i, i 21, beekuva i Plot 1 2 Exp x^2 i 1, x, 2, 2, DisplayFunction Identity ; i

teht1.nb 3 Show Table beekuva i, i,, 2, DisplayFunction $DisplayFunction 1-2 -1 1 2-1 -2-3 c) Graphics PlotVectorField 2 x x^2 y^2, 2 y x^2 y^2, x, 2, 2, y, 2, 2, AspectRatio Automatic, Axes Automatic Power::infy : Infinite expression 1 encountered. More ::indet : Indeterminate expression omplexinfinity encountered. More Power::infy : Infinite expression 1 encountered. More ::indet : Indeterminate expression omplexinfinity encountered. More 2 1-2 -1 1 2-1 Origossa aiheutuu ongelmia. Graphics -2

teht1.nb 4 Kenttäviivat ovat samat, kuin a kohdassa.

Ratkaisuluonnokset Matematiikan peruskurssi S2, kevät 28 Harjoitus 12, loppuviikko, 23.4.-25.4. Tehtävä 1 Parametrisointi oli r(t) t cos(t)i + t sin(t)j + tk, t [, 2π]. Siis r (t) (cos t t sin t)i + (sin t + t cos t)j + k, r (t) 2 cos 2 t 2t sin t cos t + t 2 sin 2 t + sin 2 t + 2t cos t sin(t) + t 2 cos 2 t + 1 2 + t 2. Integraalin arvoksi saadaan siis viivaintegraalin laskukaavalla zds z(t) r (t) dt t 2 + t 2 dt 1 2 2 3 (2 + t2 ) 3/2 t2π t 1 [(2 + 4π 2 ) 3/2 2 3/2] 3 2 2 [ ] (1 + 2π 2 ) 3/2 1. 3 Tehtävä 2 Oli annettu polun parametrisaatio r(t) 3ti + 3t 2 j + 2t 3 k, t [, 1], ja narun massatiheys ρ(r(t)) 1+t. Massa saadaan laskettua tiheyden viivaintegraalina: m dm ρ(r)ds ρ(r(t)) r (t) Nyt r (t) 3i + 6tj + 6t 2 k, joten r (t) 2 9 + 36t 2 + 36t 4 9(1 + 4t + 4t 2 ) 9(1 + 2t) 2. Siispä massaksi saadaan edelleen m 3 (1 + t) 3 1 + 2t 2 dt (1 + t)(1 + 2t 2 )dt 1

3 (1 + 2t 2 + t + 2t 3 )dt ( 3 1 + 2 3 + 1 2 + 2 ) 4 8. V: 8 grammaa. Tehtävä 3 Tehtävässä kysyttiin vektorikentän F(x, y, z) zi yj + 2xk polkuintegraalia F dr, kun polun parametrisaatio oli r(t) ti+t2 j+t 3 k, t [, 1]. Parametrin t arvojoukko on [, 1], koska tällöin polun alkupiste on (,, ) ja päätepiste (1, 1, 1). Lasketaan polkuintegraali: F dr F(r(t)) r (t)dt 5 4. F(x(t), y(t), z(t)) r (t)dt (t 3 i t 2 j + 2tk) (i + 2tj + 3t 2 k)dt (t 3 2t 3 + 6t 3 )dt 5t 3 dt Kolmannella rivillä sijoitettiin vektorikentän F lausekkeeseen koordinaattien x, y, ja z arvot parametrisoidulla käyrällä t:n funktiona (eli x(t) t, y(t) t 2 ja z(t) t 3 ). Tehtävä 4 Tehtävässä kysyttiin vektorikentän F(x, y, z) yzi + xzj + xyk polkuintegraalia F dr, missä polku oli sylinterin x2 + y 2 1 ja tason z y leikkauskäyrä. Lasketaan ensin polkuintegraali suoraan etsimällä parametrisaatio. Käyrän parametrisaation r(t) on toteutettava yhtälöpari { x(t) 2 + y(t) 2 1 z(t) y(t). Ensimmäinen yhtälö saadaan toteutumaan tutulla ympyräparametrisaatiolla x(t) cos t, y(t) sin t. Tällöin luonnollisesti on oltava z(t) y(t) sin t. Käyrä piirtyy yhden kerran, kun t [, 2π]. Polkuintegraali on siis F dr F(r(t)) r (t)dt 2

F(cos t, sin t, sin t) r (t)dt (sin 2 ti + sin t cos tj + sin t cos tk) ( sin ti + cos tj + cos tk)dt ( sin 3 t + 2 sin t cos 2 t)dt [ sin t(1 cos 2 t) + 2 sin t cos 2 t ] dt ( sin t + 3 sin t cos 2 t)dt ( cos t cos 3 t ) t2π t. Saatiin siis F dr, mikä vihjaa vektorikentän olevan konservatiivinen. Selvästi näin onkin, koska kun valitaan φ(x, y, z) xyz, pätee F(r) φ. Siispä polkuintegraalin arvo riippuu ainoastaan päätepisteistä r A ja r B : F dr φ(r B ) φ(r A ). Suljetun polun yli integraalin on siis oltava nolla, kuten suoralla laskulla havaittiinkin. Tehtävä 5 Tehtävässä kysyttiin voiman F (x + y)i + (x z)j + (z y)k tekemää työtä W F dr siirrettäessä kappaletta pisteestä r A (1,, 1) pisteeseen r B (, 2, 3) mitä tahansa sileää käyrää pitkin. Tehtävänanto vihjaa jälleen voiman olevan konservatiivinen, koska tällöin polkuintegraalin F dr arvo ei riipu kuljetusta polusta, vaan ainoastaan päätepisteistä. Lasketaan kentän roottori: F i j k x y z x + y x z z y, joten kenttä on konservatiivinen, koska se on lisäksi hyvin määritelty yhdesti yhtenäisessä alueessa (eli koko R 3 :ssa). Etsitään siis voimakentän potentiaali φ(x, y, z) siten, että F φ (fysiikassa valitaan yleensä F φ, jolloin kenttä osoittaa vähenevän potentiaalin suuntaan, vrt. sähköpotentiaali ja gravitaatiopotentiaali). Merkitään osittaisderivaattoja edelleen hieman lyhyemmin, eli / x x. Näin saadaan: x φ x + y φ x 2 /2 + xy + c 1 (y, z), y φ x + y c 1 (y, z) x z c 1 (y, z) yz + c 2 (z) φ x 2 + xy yz + c 2 (z). 3

Tässä käytettiin toistuvasti oletusta, että φ on F:n potentiaali, eli esim. x φ F 1 ja y φ F 2. Määritetään edelleen c 2 (z) derivoimalla φ:tä z:n suhteen ja asettamalla tämä yhtäsuureksi F 3 :n kanssa: z φ y + c 2(z) z y c 2 (z) z 2 /2 + φ(x, y, z) x 2 /2 + xy yz + z 2 /2 +. Potentiaalin nollakohta voidaan valita vapaasti, joten voidaan asettaa. Tämä valinta ei luonnollisestikaan vaikuta lainkaan polkuintegraalin arvoon. Nyt saadaan voiman tekemäksi työksi rb r A F dr φ(r B ) φ(r A ) φ(, 2, 3) φ(1,, 1) 6 + 9/2 1 19/2. Esimerkin vuoksi integraali voidaan laskea vaikkapa janaa pitkin suoraankin. Tällöin parametrisaatioksi sopii r(t) r A + t(r B r A ) (1 t)i 2tj + ( 1 + 4t)k, t [, 1]. Siispä Siis r (t) i 2j + 4k, F(r(t)) (1 3t)i + (2 5t)j + ( 1 + 6t)k, F(r(t)) r (t) 37t 9. rb r A F dr 19/2, (37t 9)dt kuten pitikin. Tehtävä 6 Vektorikenttä oli F ω( yi + xj) ja polku yksikköympyrä r(t) cos ti + sin tj, t [, 2π]. Polkuintegraali on F dr ω ω F(r(t)) r (t)dt ( sin ti + cos tj) ( sin ti + cos tj)dt dt 2πω, 4

kun ω. Koska tällä polulla pätee F dr, kenttä ei ole konservatiivinen. Tämän voi todeta myös laskemalla roottorin F 2ωk. 5