KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet, viikko 44/2017

Samankaltaiset tiedostot
KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C2002. Kontinuumimekaniikan perusteet. Viikko 44/1

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet, tentti

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Vektorialgebra 1/5 Sisältö ESITIEDOT: vektori

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

9. Vektorit. 9.1 Skalaarit ja vektorit. 9.2 Vektorit tasossa

Insinöörimatematiikka D

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

Osoita, että täsmälleen yksi vektoriavaruuden ehto ei ole voimassa.

6 MATRIISIN DIAGONALISOINTI

KJR-C1001: Statiikka L2 Luento : voiman momentti ja voimasysteemit

3.1 Lineaarikuvaukset. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. 3.1 Lineaarikuvaukset. 3.1 Lineaarikuvaukset

Neliömatriisi A on ortogonaalinen (eli ortogonaalimatriisi), jos sen alkiot ovat reaalisia ja

Suorat ja tasot, L6. Suuntajana. Suora xy-tasossa. Suora xyzkoordinaatistossa. Taso xyzkoordinaatistossa. Tason koordinaattimuotoinen yhtälö.

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

MS-A0003/A Matriisilaskenta Laskuharjoitus 6

(0 desimaalia, 2 merkitsevää numeroa).

2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 3: Osittaisderivaatta

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

Insinöörimatematiikka D

Insinöörimatematiikka D, laskuharjoituksien esimerkkiratkaisut

Kanta ja Kannan-vaihto

A B = (1, q, q 2 ) (2, 0, 2) = 2 2q q 2 = 0 q 2 = 1 q = ±1 A(±1) = (1, ±1, 1) A(1) A( 1) = (1, 1, 1) (1, 1, 1) = A( 1) A(1) A( 1) = 1

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

VEKTORIT paikkavektori OA

Insinöörimatematiikka D

Määritelmä Olkoon T i L (V i, W i ), 1 i m. Yksikäsitteisen lineaarikuvauksen h L (V 1 V 2 V m, W 1 W 2 W m )

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

3 = Lisäksi z(4, 9) = = 21, joten kysytty lineaarinen approksimaatio on. L(x,y) =

(1.1) Ae j = a k,j e k.

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Luento 8: Epälineaarinen optimointi

DYNAMIIKKA II, LUENTO 5 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

Determinantti 1 / 30

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 1 / vko 44

Ratkaisu: Tutkitaan derivoituvuutta Cauchy-Riemannin yhtälöillä: f(x, y) = u(x, y) + iv(x, y) = 2x + ixy 2. 2 = 2xy xy = 1

Ominaisvektoreiden lineaarinen riippumattomuus

F dr = F NdS. VEKTORIANALYYSI Luento Stokesin lause

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

Matriisiteoria Harjoitus 1, kevät Olkoon. cos α sin α A(α) = . sin α cos α. Osoita, että A(α + β) = A(α)A(β). Mikä matriisi A(α)A( α) on?

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

Lineaarinen toisen kertaluvun yhtälö

Sisätuloavaruudet. 4. lokakuuta 2006

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

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

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

1.1 Vektorit. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. 1.1 Vektorit. 1.1 Vektorit. Reaalinen n-ulotteinen avaruus on joukko. x 1. R n.

Viikon aiheet. Funktion lineaarinen approksimointi

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Yhteenveto, osa I

Matematiikka B3 - Avoin yliopisto

Luento 10: Työ, energia ja teho. Johdanto Työ ja kineettinen energia Teho

Matemaattinen Analyysi / kertaus

Matematiikan tukikurssi

Kertausta: avaruuden R n vektoreiden pistetulo

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

Pistetulo eli skalaaritulo

Materiaalien mekaniikka

Insinöörimatematiikka D

Taso 1/5 Sisältö ESITIEDOT: vektori, koordinaatistot, piste, suora

Matikkapaja keskiviikkoisin klo Lineaarialgebra (muut ko) p. 1/210

MS-A0004/MS-A0006 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 6 / vko 42

Matematiikka B2 - TUDI

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 3 /

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

Ominaisarvo-hajoitelma ja diagonalisointi

Matriisilaskenta Laskuharjoitus 1 - Ratkaisut / vko 37

5 OMINAISARVOT JA OMINAISVEKTORIT

Juuri 4 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Kertaus. b) B = (3, 0, 5) K2. 8 ( 1)

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

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

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Malliratkaisut 5 / vko 48

Matikkapaja keskiviikkoisin klo Lineaarialgebra (muut ko) p. 1/81

Vektoreiden A = (A1, A 2, A 3 ) ja B = (B1, B 2, B 3 ) pistetulo on. Edellisestä seuraa

Matematiikka B2 - Avoin yliopisto

Kertausta: avaruuden R n vektoreiden pistetulo

ax + y + 2z = 0 2x + y + az = b 2. Kuvassa alla on esitetty nesteen virtaus eräässä putkistossa.

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

Gaussin lause eli divergenssilause 1

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset

Luvun 5 laskuesimerkit

1. Normi ja sisätulo

Talousmatematiikan perusteet: Luento 9

0, niin vektorit eivät ole kohtisuorassa toisiaan vastaan.

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet, viikko 47/2017

DI matematiikan opettajaksi: Täydennyskurssi, kevät 2010 Luentorunkoa ja harjoituksia viikolle 11: ti klo 13:00-15:30

Avaruuden R n aliavaruus

Vektoriarvoiset funktiot Vektoriarvoisen funktion jatkuvuus ja derivoituvuus

Tekijä Pitkä matematiikka

Vektorit, suorat ja tasot

Anna jokaisen kohdan vastaus kolmen merkitsevän numeron tarkkuudella muodossa

Ominaisarvo ja ominaisvektori

Kertausosa. 5. Merkitään sädettä kirjaimella r. Kaaren pituus on tällöin r a) sin = 0, , c) tan = 0,

Ristitulolle saadaan toinen muistisääntö determinantin avulla. Vektoreiden v ja w ristitulo saadaan laskemalla determinantti

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

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

Transkriptio:

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet, viikko 44/2017 1 Piirrä vapaakappalekuviot kuvien partikkeleille/äykille kappaleille a muodosta vaikuttavien voimien resultantit massakeskipisteiden suhteen Käytä kuvien yksikkövektoreita a) Kaksi partikkelia kitkallisella tasolla Ei luistoa partikkeleiden välillä b) Etuvetoinen auto (äykkä kappale, massa m) kiihdyttää Pyörät eivät luista c) Partikkeli kitkattomalla kaltevalla tasolla Jousivoima on nolla, kun x< x0 i g m 2 m 1 F a) b) c) Vastaus a) F1< Fλi ( T, m2g) a F2 < ( F, Gλ, Fλ) i ( N, T, m1g) b) F < Fλ i ( N M, mg) a M C < (, Nc Mb Fhk λ ) c) F < [ mg sin, k( x, x0)] i ( mg cos, N ) c C r b i g h g α m k x i σ 2 Laske ab σ, a b σ a b a, kun T σ axx axy a < a ayx ayy T T bx bx b < b < y b y Vastaus T σ axxbx axyby a b <, ayxbx ayyby T σ ba x xx ba y yx b a < ba x xy ba y yy T σ k axxby, axybx a b <, k ayxby, ayybx σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ 3 Laske tr([ S]) I : S, S : S, S : Sc, AS, S A, S T A, kun tensoreiden A, S σ, T σ komponentit ortonormaalissa ( i, k, ) kannassa ovat 0, 1 0, 1 { A} <, 1, [ S] < a [ T ] < 1 1 1 1 σ σ Vastaus tr([ S ]) < 0, S : S < 6 σ σ σ σ σ σ S : S < 7, A S <, S A< i, S T A< 2i, k, c 4 Määritä ortonormaalien vektorikantoen ( i, k, ) a ( I, J, K) välinen relaatio, kun I on vektorin i, k suuntainen a J on tason g( x, y, z) < 2x 3y z, 5< 0 gradientin suuntainen (siis kohtisuorassa tasoa vastaan)

Vastaus I 14 14 14, 1 J < 2 3 3 3 3 42 K, 4 1 5 k 5 Johda toisen kertaluvun (taso)tensorin σ δ komponenttien δ xx, δ xy, δ yx, δ yy a δ XX, δ XY, δ YX, δ YY välinen relaatio, kun ( xy,, ) a ( XY, ), koordinaatiston kantavektorit ovat kuvan mukaisia Vastaus δxx δxy cosπ sinπ δxx δxy cosπ, sinπ δyx δ < YY, sinπ cosπ δyx δ yy sinπ cosπ Y J y I X π x i 6 Määritä matriisin [ A] ominaisarvot, vastaavat ominaisvektorit, ominaisarvohaotelma, 1 [ A] < [ x][ κ][ x] a neliöuuri, kun 4 0 [ A] <, 11, 1, 3 0 4 0, 1/3 0 Vastaus [ A] < [ X][ κ][ X] < 1 1 0 1 1/3 1, 2 0 [ A] <, 1/3 1 7 Vektori uxy (, ) < ux( xyi, ) uy( xy, ) a skalaari uxy (, ) ovat Karteesisen koordinaatiston ( x, y ), koordinaattien funktioita a < i / x / y Laske u, u 2 a u Vastaus u u u < x x y y uy u, u < k(, x), x y 2 2 2 u u u < 2 2 x y 8 Tarkastellaan integraalea ( xyz,,, ) koordinaatiston alueen ς a sen pinnan ylitse Olkoon n pinnan ulkoinen yksikkönormaali (suunnattu alueesta ulospäin), r < xi y zk paikkavektori a V alueen tilavuus Laske pintaintegraalit nda a n rda Vastaus nda < 0, n rda < 3V

Piirrä vapaakappalekuviot kuvien partikkeleille/äykille kappaleille a muodosta resultantit massakeskipisteiden suhteen Käytä kuvien yksikkövektoreita (a) Kaksi partikkelia kitkallisella tasolla Ei luistoa partikkeleiden välillä (b) Etuvetoinen auto (äykkä kappale, massa m) kiihdyttää Pyörät eivät luista (c) Partikkeli kitkattomalla kaltevalla tasolla Jousivoima on nolla, kun x < x0 i m 2 m 1 a) Kun voimat esitetään vapaakappalekuviossa, suunta osoitetaan yleensä nuolella a tämän viereen laitetaan suuruus Vaikutuspiste pitää osoittaa äykän kappaleen mallissa sillä tarkkuudella kuin se vaikuttaa resultanttiin Partikkelimalliin liittyy vain yksi ainepiste Näin ollen vaikutuspistettä ei tarvitse pohtia sen tarkemmin Vapaakappalekuviota piirrettäessä on hyvä muistaa seuraavat seikat : Painovoima Suuruus G < mg a suunta sama kuin tehtäväkuvan g:n Vaikutuspiste on massakeskipiste Jousivoima Muotoa F < k( l, l0), ossa k on ousivakio, l on ousen pituus a l 0 ousen lepopituus (positiivinen venytystä a negatiivinen puristusta) Yleensä ousivoiman lauseke pitää muodostaa tehtävän tietoen perusteella kappaleen asemaa kuvaavien suureiden funktiona Vaikutuspiste on ousen kiinnityspiste a suunta sama kuin ousella Vaimennusvoima Vaimentimet korvataan voimilla muotoa F < cl %, ossa c on vaimennusvakio a l % on vaimentimen venymisnopeus Yleensä lauseke pitää muodostaa tehtävän tietoen perusteella kappaleen asemaa kuvaavien suureiden funktiona Vaikutuspiste on vaimentimen kiinnityspiste a suunta sama kuin vaimentimella g F Kontakti Vaikutuspistettä ei aina tiedetä tarkasti, koska kysymys on akautuneen voiman resultantista Normaalikomponentti N aina kappaleeseen päin Jos kappale liukuu, tangentiaalikomponentti F < λ N (tarkemmin F <, λ Nv/ v ) vastustaa liikettä Jos kappale ei λ k liu, kitkavoima on tavallaan tehtävän tuntematon oka saadaan (ehkä) ratkaistua liikeyhtälöiden avulla Jos ei tiedetä liukuuko kappale vai pysyykö se paikallaan, arvataan aluksi että kappale pysyy paikallaan, määritetään kontaktivoimat, tutkitaan toteutuuko ehto Fλ λsn a tehdään ohtopäätökset Laatikot käsitellään partikkeleina (tässä) Vapaakappalekuviot pitää piirtää kummallekin Partikkeleiden välillä ei tapahdu liukumista, oten kitkavoima on vain yksi kappaleeseen vaikuttavista voimista (olle ei siis tunneta konstitutiivistä yhteyttä) Koska ei tiedetä liikkuuko alempi kappale vai ei, oletetaan että se pysyy paikallaan Tällöin alapintaan vaikuttava kitkavoima on vain eräs ulkoisista voimista (olle ei siis tunneta konstitutiivistä yhteyttä) c C b) λ b i k g h g α m c) k x i

mg 2 F < F i ( T, m g) 1 λ 2 F < ( F, G, F ) i ( N, T, m g) 2 λ λ 1 F λ i T mg 1 F λ F G λ N Auto käsitellään äykkänä kappaleena Pyörät koskettavat tasoa yhdessä pisteessä Tämän kosketuspisteen täytyy olla siis myös kontaktivoiman vaikutuspiste Vetävät etupyörät eivät liu, olloin kitkavoimasta tiedetään ainoastaan, että F λm F < F i ( N M, mg) λ MC < (, Nc Mb Fhk λ ) λ Laatikko käsitellään partikkelina (tässä) Jousivoiman pitää hävitä, kun x< x0 Jousen konstitutiivinen yhteys esitettynä partikkelin asemaa kuvaavan suureen x avulla F < k( x, x0 ), ossa x, x0 on siis venymä k( x, x mg 0) i F < [ mg sin, k( x, x0 )] i ( mg cos, N ) r i r N c C mg b M h F λ α N

σ Laske a b σ, a b σ, b a, kun T σ axx axy a < a ayx ayy T T bx i i b x b < < b b y y Mekaniikan yhtälöissä esiintyy tensorien ulkotulo ab, ristitulo a b, sisätulo ab a σ kaksinkertainen sisätulo a: b σ erilaisina versioina Ulkotulo merkitään ilman operaaattoria muodossa ab, kuten dyadit toisen kertaluvun tensorin komponenttiesityksissä Tensoritulot muodostetaan kertolaskun säännöillä säilyttäen kantavektoreiden ärestys a kertolasku-operaattorin siainti suhteessa kantavektoreihin Ortonormaalit kantavektorit ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan a yksikön mittaisia Tällöin ristitulot i < k, k < i, k i <, i <, k, k < i a i k <, a pistetulot i i < 1, < 1 a k k < 1 Muut kantavektoreiden pistetulot a ristitulot ovat nollia Tällöin esimerkiksi T i i i 1 0 < < i 0 1 a T i i i 0 k < < i, k 0 σ Tensorin a vektorin pistetulo a b Sioitetaan komponenttiesitykset T T T T σ axx axy bx axx axy bx axx bx axyby a b < < < ayx ayy b y ayx ayy b y ayxbx ayyby Toinen vaihtoehto σ a b < ( a ii a i a i a ) ( b i b ) xx xy yx yy x y σ a b < ( a ii a i a i a ) b i ( a ii a i a i a ) b xx xy yx yy x xx xy yx yy y σ a b < ( a ii i a i i a i i a i ) b ( a ii a i a i a ) b xx xy yx yy x xx xy yx yy y σ a b < a b i a b a b i a b < ( a b a b ) i ( a b a b ) xx x yx x xy y yy y xx x xy y yx x yy y σ Tensorin a vektorin ristitulo a b T T T σ axx axy bx axx axy 0 k bx a b < < ayx ayy b y ayx ayy k 0 b, y T T σ k axx axy by k axxby, axybx a b < < k a a, b k a b, a b Toinen vaihtoehto yx yy x yx y yy x

σ a b < ( a ii a i a i a ) ( b i b ) xx xy yx yy x y σ a b < ( a ii a i a i a ) b i ( a ii a i a i a ) b xx xy yx yy x xx xy yx yy y σ a b < ( a ii i a i i a i i a i ) b xx xy yx yy x ( a ii a i a i a ) b xx xy yx yy y σ a b <, a b ik, a b k a b ik a b k < ( a b, a b ) ik ( a b, a b ) k xy x yy x xx y yx y xx y xy x yx y yy x σ Vektorin a tensorin pistetulo b a T T T T σ bx axx axy bx axx axy bx axx byayx b a < b < < y ayx ayy b y ayx ayy ba x xy ba y yy Toinen vaihtoehto σ b a < ( b i b ) ( a ii a i a i a ) x y xx xy yx yy σ b a < b i ( a ii a i a i a ) b ( a ii a i a i a ) x xx xy yx yy y xx xy yx yy σ b a < b ( a i ii a i i a i i a i ) b ( a ii a i a i a ) x xx xy yx yy y xx xy yx yy σ b a< ba i ba ba i ba < ( ba ba ) i ( ba ba ) x xx x xy y yx y yy x xx y yx x xy y yy

σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ Laske tr([ S]) I : S, S : S, S : Sc, AS, S A, S T A, kun tensoreiden A, S σ, T σ komponentit ortonormaalissa ( i, k, ) kannassa ovat 0, { A} <, 1, [ S] < 1 1 1 1 a 1 0, 1 [ T ] < Ortonormaalit kantavektorit ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan a yksikön mittaisia Tällöin ristitulot i < k, k < i, k i <, i <, k, k < i a i k <, Muut kantavektoreiden ristitulot ovat nollia Pistetulot i i < 1, < 1 a k k < 1 Muut kantavektoreiden pistetulot ovat nollia Komponentit tunnetaan, oten tensorit ovat T T 0 0 A<, 1 <, 1, 1 k k 1 T, σ S < k 1 1 1 k a T 1 0, 1 σ T < k k Toisen kertaluvun tensorin älki (trace) saadaan komponenttimatriisin diagonaalialkioiden summana Tensorimuodossa T T 1 0 0, σ σ tr([ S]) I : S : < < k 0 0 1 k k 1 1 1 k T 1 0 0, huom < < Ζ I T T,, i k σ σ tr([ S]) I : S < < < i k <, 1 0 1 < 0 k 1 1 1 k k i k k k 0 0 1 Kaksoispistetulo tarkoittaa kahta pistetuloa Toisen kertaluvun tensorin kaksoispistetulo itsensä σ σ 2 kanssa saadaan komponenttimatriisin avulla S: S< trs [ ] Tensoreilla laskien T T T T,,,, σ σ S : S : < < ( ) k 1 1 1 k k 1 1 1 k k 1 1 1 k k 1 1 1 k T T,, 2 1 0 σ σ S : S 0 1 2 < < < 2 1 3< 6 k 1 1 1 1 1 1 k k 1 1 3 k

Toisen kertaluvun tensorin kaksoispistetulo konugaattinsa kanssa saadaan komponenttimatriisin σ σ T avulla S : Sc < tr([ S][ S] ) Konugaattitensori saadaan transponoimalla komponenttimatriisi, oka vastaa kantavektoreiden ärestyksen vaihtoa okaisessa dyadissa ( i i ne) Tensoreilla laskien T T T T T,,,, 1 1 1 σ σ S : Sc : < < ( ) 0 0 1 k 1 1 1 k k 1 1 1 k k 1 1 1 k k 1 1 1 k T T,, 1 1 1 2 0 0 σ σ S : Sc 0 0 1 0 2 2 < < < 2 2 3< 7 k 1 1 1 1 1 1 k k 0 2 3 k Vektorin a toisen kertaluvun tensorin pistetulo tuottaa vektorin T T T 0, 0 1 0 0, σ A S 1 1 <, <, 1 k k 1 1 1 k 1 0 0 1 1 1 1 k T T 0, 0 σ A S 1 <, < 1 < 1 1 1 1 k 0 k Vektorin a toisen kertaluvun tensorin pistetulo tuottaa vektorin Lopputulos riippuu kertolaskun ärestyksestä (kertolasku ei ole vaihdannainen vektorialgebrassa) T T T, 0, 1 0 0 0 σ S A < 1, <, 1 k 1 1 1 k k 1 k 1 1 10 0 11 T T, 0 1 σ S A <, 1 < 1 < i k 1 1 1 1 k 0 Kertolasku on liitännäinen (assosiatiivinen), oten mielekkään kertolaskun suoritusärestyksellä ei ole väliä Esimerkiksi tulossa ( a b) c ärestys pitää osoitetaan suluilla, koska a ( b c ) ei ole mielekäs Muutoin ärestys valitaan mukavuuspohalta T T T, 1 0, 1 0 σ σ S T A ( ) < ( ), 1 k 1 1 1 k k k k 1

T, 1 0 0 1 0, 1 1 0 0 0 σ σ S T A<, 1 k 1 1 10 0 1 0 0 11 T T T, 1 0, 1 0,, 1 2 σ σ S T A ( 1 ) <, <, 1 < 0 < 2i, k k 1 1 1 1 k 1 1 1 1 k, 1

Määritä ortonormaalien vektorikantoen ( i, k, ) a ( I, J, K) välinen relaatio, kun I on vektorin i, k suuntainen a J on tason g( x, y, z) < 2x 3y z, 5< 0 gradientin suuntainen (siis kohtisuorassa tasoa vastaan) Kumpikin koordinaatistoista on ortonormaali: kantavektorit ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan a yksikön mittaisia Lisäksi oletetaan oikeakätisyys i < k, k < i, k i < ne kummallekin kannalle Tiedetään, että i, k a J ovat samansuuntaisia i, k 1 I < < ( i, k ) (vektorin pituus a < a a ) i, k 3 Funktion g( x, y, z) < 2x 3y z, 5 gradientti on tasoa 2x 3y z, 5< 0 vastaan kohtisuorassa g < 2i 3 k g 1 J < < (2 i 3 k ) g 14 Koordinaatisto on oikeakätinen, oten 1 1 K < I J < ( i, k) (2i 3 k) 3 14 1 K < ( i 2 i i 3 i k, 2 i, 3, k k 2 i k 3 k k ) 42 1 1 K < (3k, 2k, i 2, 3 i) < (, 4i 5 k) 42 42 Esitetään vielä relaatio matriisimuodossa I 14 14 14, 1 J < 2 3 3 3 3 42 K, 4 1 5 k

Johda toisen kertaluvun (taso)tensorin σ δ komponenttien δ xx, δ xy, δ yx, δ yy a δ XX, δ XY, δ YX, δ YY välinen relaatio, kun xy, a XY, koordinaatiston kantavektorit ovat kuvan mukaisia Tensorit ovat koordinaatistoinvarianttea, mutta niiden komponentit riippuvat valitusta kannasta Toisen kertaluvun tensorin δ σ esitykset kuvan kannoissa ovat T T σ δxx δxy I δxx δxy I δ < < δyx δ yy J δyx δ YY J Y J y X π x I i Kuvan perusteella kantavektoreille pätee (matriisin alkioiden etumerkit voi tarkistaa vaikka tarkestelemalla tapauksia π < 0 a π < ο /2) I cosπ sinπ i < J, sinπ cosπ Sioitetaan yhteys tensorin esitykseen a käytetään matriisitulon transponointisääntöä T T T ([ A][ B]) < [ B] [ A] T T δxx δxy cos π, sin π δxx δxy cos π sin π < δyx δ yy sinπ cosπ δyx δ YY, sinπ cosπ Vasen a oikea puoli ovat samoa mikäli δxx δxy cosπ, sinπ δxx δxy cosπ sinπ < δyx δ yy sinπ cosπ δyx δ YY, sinπ cosπ δxx δxy cosπ sinπ δxx δxy cosπ, sinπ δyx δ < YY, sinπ cosπ δyx δ yy sinπ cosπ

Määritä matriisin [ A] ominaisarvot, vastaavat ominaisvektorit, ominaisarvohaotelma, 1 [ A] < [ x][ κ][ x] a neliöuuri, kun 4 0 [ A] <, 11 Ominaisarvotehtävässä etsitään kaikki ominaisarvo-ominaisvektori parit ( κ,{ x}), oille[ A]{} x < κ{} x Tehtävä ratkaistaan kahdessa osassa Ensin ratkaistaan matriisin [ A] ominaisarvot 4, κ 0 det([ A], κ[ I]) < det < (4, κ)(1, κ) < 0, 1 1, κ κ 1 < 1 a κ 2 < 4 Toisessa vaiheessa palataan alkuperäiseen tehtävään Ominaisarvoa κ vastaava ominaisvektori {} x saadaan lineaarisen homogeenisen yhtälöryhmän ([ A], κ[ I]){ x} < 0 ratkaisuna Ominaisvektori ei määräydy yksikäsitteisesti a mikä tahansa ratkaisu kelpaa (ominaisvektorit pitää valita kuitenkin niin että ne eivät ole lineaarisesti riippuvia) κ 1 < 1: 4, 1 0 x1 0 1 1 1 <,, x 2 {} x 1 0 <, 1 κ 2< 4: 4, 4 0 x1 0 1 1 4 <,, x 2 {} x 2, 3 < 1 Ominaisarvohaotelman matriisi [ x ] a diagonaalimatriisi [ κ ] koostuvat ominaisvektoreista a ominaisarvoista vastaavassa ärestyksessä 1 0 [ κ] < 0 4 a 0, 3 [ x] < 1 1 a 1 1/3 1 [ x ], <, 1/30 Ominaisarvohaotelma tuottaa alkuperäisen matriisin, 1 0, 3 1 0 1/3 1 4 0 [ A] < [ x][ κ][ x] < 1 1 0 4 <, 1/3 0, 1 1 Ominaisarvohaotelmaa voidaan käyttää mm matriisin [ A ] neliöuuren laskennassa käyttäen, 1 hyväksi määritelmää: Jos [ A] < [ x][ κ][ x], niin, 1 f([ A]) < [ x] f([ κ])[ x] 0, 3 1 0 1/3 1 0, 3 1 0 1/3 1 2 0 [ A] < 1 1 < < 0 4, 1/3 0 1 1 0 2, 1/3 0, 1/3 1 Neliöuuri [ A ] kerrottuna itsellään tuottaa alkuperäisen matriisin [ A ]

Vektori uxy (, ) < ux( xyi, ) uy( xy, ) a skalaari uxy (, ) ( x, y ), koordinaattien funktioita a < i / x / y Laske u, ovat Karteesisen koordinaatiston u 2 a u Suunnattu derivaatta (nabla) on vektori a sillä operoidaan kuten vektorilla muissakin tensorilausekkeissa Nabla vaikuttaa kaikkeen sen oikealla puolella Tehtävässä T T ux ux u < u < y u a y T T / x / x < ( < ) / y / y Jos kantavektorit eivät ole vakioita osittaisderivaattoen pitää olla kantavektoreiden oikealla puolella nablan esityksessä eikä edellä oleva älkimmäinen muoto ole oikein Tässä kantavektorit ovat kuitenkin vakioita, oten niiden derivaatat ovat nollia, osittaisderivaatat vaikuttavat vain vektorin komponentteihin a nablan molemmat muodot tuottavat saman tuloksen Vektorin divergenssi (div) u / x / x 1 0 / x u < ( ) / y u < < < y / y 0 1 u y / y u y x y T T T T ux ux ux u u x y Vektorin pyörre (curl) u T T T T / x ux / x 0 k ux / x kuy uy u u < ( ) k( x < < <, ) / y u y / y k 0 u, y / y, ku x y x Skalaarin gradientin divergenssi (Laplacian) 2 u T T T 2 2 2 / x / x / x / x u u u < ( ) u < ( ) ( ) u < u < / y / y / y / y 2 2 x y

Tarkastellaan integraalea ( xyz,,, ) koordinaatiston alueen ς a sen pinnan ylitse Olkoon n pinnan ulkoinen yksikkönormaali (suunnattu alueesta ulospäin), r < xi y zk paikkavektori a V alueen tilavuus Laske pintaintegraalit nda a n rda Integraalilauseiden avulla voidaan muuntaa pintaintegraalea tilavuusintegraaleiksi, pintaintegraalea viivaintegraaleiksi ne Lauseen eri muotoa mm ς adv < n ada, adv < ς nada ne Tarvitaan mm taseyhtälöiden paikallisten muotoen ohtamisessa Integraali-identiteeteissä ς on alue, sen reuna, n alueen ulkoinen normaali a a vektori a a skalaari Valitaan älkimmäisessä muodossa a < 1, tällöin a < 0 nda < 0 Siis ulkoisen yksikönormaalin integraali mielivaltaisen suletun pinnan ylitse häviää Valitaan sitten ensimmäisessä muodossa a < r, tällöin r < ( i i i ) ( xi y zk) < 3 x x x n rda < 3dV < 3V ς