0 Daumen
204 Aufrufe

Wir betrachten den Bereich \( S \subset \mathbb{R}^{2}, S=\left\{(x, y) \in \mathbb{R}^{2}: 0 \leq x \leq 1,0 \leq y \leq x\right\} \). Über \( S \)
ist durch \( z=x y \) explizit eine Fläche \( F \) gegeben. Berechnen Sie das Oberflächenintegral
\( I=\iint_{F} \vec{A} \cdot d \vec{o} \)
mit \( \vec{A}=(x, x y, y z) \)

Avatar von

2 Antworten

0 Daumen
 
Beste Antwort

Aloha :)

Die gegebene Fläche \(F\) über \(S\) können wir mit folgendem Vektor abtasten:$$\vec r=\begin{pmatrix}x\\y\\z\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}x\\y\\xy\end{pmatrix}\quad;\quad x\in[0;1]\quad;\quad y\in[0;x]$$Zur Bestimmung des Oberflächenintegrals brauchen wir das Flächenelement:$$d\vec f=\left(\frac{\partial\vec r}{\partial x}dx\right)\times\left(\frac{\partial\vec r}{\partial y}dy\right)=\begin{pmatrix}1\\0\\y\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}0\\1\\x\end{pmatrix}\,dx\,dy=\begin{pmatrix}-y\\-x\\1\end{pmatrix}dx\,dy$$Ersetzen wir im Vektorfeld noch \(A_z=yz=y\cdot xy=xy^2\), erhalten wir:

$$I=\iint\limits_F\vec A\cdot d\vec f=\int\limits_{x=0}^1\;\int\limits_{y=0}^x\begin{pmatrix}x\\xy\\xy^2\end{pmatrix}\begin{pmatrix}-y\\-x\\1\end{pmatrix}dx\,dy=\int\limits_{x=0}^1\left(\;\;\int\limits_{y=0}^x\left(-xy-x^2y+xy^2\right)dy\right)dx$$$$\phantom{I}=\int\limits_{x=0}^1\left[-\frac{xy^2}{2}-\frac{x^2y^2}{2}+\frac{xy^3}{3}\right]_{y=0}^xdx=\int\limits_{x=0}^1\left(-\frac{x^3}{2}-\frac{x^4}{2}+\frac{x^4}{3}\right)dx$$$$\phantom{I}=\int\limits_{x=0}^1\left(-\frac{x^3}{2}-\frac{x^4}{6}\right)dx=\left[-\frac{x^4}{8}-\frac{x^5}{30}\right]_{0}^1=-\frac18-\frac1{30}=-\frac{38}{240}=-\frac{19}{120}$$

Beachte, dass der Wert des Integrals nur bis auf das Vorzeichen festgelegt ist, da das Flächenelement \(d\vec f\) auch genauso gut in die entgegengesetzte Richtung gewählt werden kann. Gemäß Konvention wird das Vorzeichen von \(d\vec f\) so gewählt, dass der Vektor "nach außen" zeigt. Da hier die Fläche aber nicht geschlossen ist, ist außen und innen nicht definiert.

Avatar von 148 k 🚀
0 Daumen

Zeichne dir das Gebiet S auf und dann einfach das Skalarprodukt bestimmen und integrieren.

wäre gut, wenn du nicht einfach deinen HA Zettel in Fragen aufteilst und postest, sondern genauer sagst, was du nich kannst.

lul

Avatar von 106 k 🚀

Ein anderes Problem?

Stell deine Frage

Willkommen bei der Mathelounge! Stell deine Frage einfach und kostenlos

x
Made by a lovely community