Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Математика. Часть 2.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
24.11.2025
Размер:
4.84 Mб
Скачать

Ответы: 24.1 1) 1; 2) 13; 3)

4

; 4)

64π3

. 24.2 1)

4

; 2)

4ln 2

2 ; 3)

πa

4

 

 

 

 

 

 

3

 

3

3

 

2

. 24.3 1) зависит;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) не зависит; 3) зависит. 24.4 1)

4

; 2)

2; 3) 91;

4)

4

ab

2

. 24.5 1)

 

 

π

ln 2 ;

2)

2

a

3

; 3)

8π.

3

3

 

12

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24.6 1) z =

x

+

y

+C ; 2) z = −cos(x + y)+C ; 3) z = xexy + C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Занятие 25. Приложения криволинейных интегралов

Аудиторные задания

25.1 Найти длины дуг кривых:

1)y2 = x3 от точки O(0;0) до A(4;8).

2)первого витка винтовой линии x = a cost, y = asin t, z = bt .

3)ρ = a(1cost)ϕ.

25.2 Найти площади фигур, ограниченных линиями:

1)

x = acost, y = asin t .

2) x = acos3 t, y = asin3 t

(астроида).

25.3 Найти массы следующих кривых:

 

 

 

 

 

 

 

1)

y = ln x , заключенной между точками с абсциссами x =

 

и

x =

 

 

, если плотность

3

 

8

дуги в каждой точке равна квадрату абсциссы этой точки.

 

 

 

 

 

 

2)

четверти эллипса x = 2cost, y = sin t , лежащей в первой четверти,

если линейная плот-

ность в каждой ее точке равна произведению координат этой точки.

 

 

 

 

25.4 Найти работу переменной силы F

 

 

 

 

 

 

 

вдоль пути AB :

 

 

 

 

 

 

1)

F = yi +(x + y)j

при перемещении материальной точки из начала координат в точку

(1;1)

по параболе y = x2 .

 

 

 

 

 

 

 

2)

F = (x + y)i xj

при перемещении материальной

точки

вдоль окружности

x= 2cost, y = 2sin t по ходу часовой стрелки.

25.5Найти координаты центра тяжести дуги линии:

1)однородной дуги первого витка винтовой линии x = cost, y = sin t, z = 2t .

2)однородной дуги окружности x2 + y2 = R2 , расположенной в первой четверти.

233

 

 

Домашние задания

 

 

 

25.6 Найти длины дуг кривых:

 

 

 

1) y = 2

 

от точки с абсциссой x =1 до точки с абсциссой

 

 

 

(x 1)3

x

2

= 9 .

3

1

 

 

 

 

 

 

 

2)x = (t2 2)sin t + 2t cost, y = (2 t2 )cost + 2t sin t (0 t ≤ π).

3)x = a cos3 t, y = asin3 t (астроида).

25.7 Найти площади фигур, ограниченных линиями:

1)x = a cost, y = bsin t (эллипс).

2)первой арки циклоиды x = a(t sin t), y = a(1cost) и осью Ox. 25.8 Найти массы следующих кривых:

1)одной арки циклоиды x = a(t sin t), y = a(1cost), если плотность в каждой точке кри-

вой равна ординате точки.

2) x = t2

, y = t, z = t3

 

 

, 0 t 2 , если плотность в каждой ее точке

γ =

1+ 4x2 + y2

.

2

3

 

 

 

 

25.9Найти работу переменной силы F вдоль пути AB :

1)

F = (x + y)i + 2xj при перемещении материальной точки

по окружности

x = a cost, y = asin t .

 

2)

F = 4x2i + xyj при перемещении материальной точки вдоль дуги

y = x3 от точки

O(0;0) до точки C(1;1).

25.10 Найти координаты центра тяжести дуги линии:

1) винтовой линии x = acost, y = asin t, z = bt , линейная плотность в каждой точке про-

порциональна аппликате этой точки; tA = 0, tB = π.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) плоской

 

материальной

дуги

 

y = 2 x32 , 0 x 1,

линейная

плотность

которой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ(x, y)= y

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

(10

 

1); 2) 2π

 

3a2π . 25.3 1)

 

19

 

14 .

Ответы: 25.1 1)

 

 

a2 + b2

. 3) 8a. 25.2 1) πa2; 2)

 

; 2)

 

10

 

27

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

9

25.4 1)

3

; 2) 8π.

25.5 1) (0;0;2π); 2)

x

= y

=

2R .

25.6 1) 52 ;

2)

π2

; 3) 6a. 25.7 1) πab;

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

C

π

 

3

 

3

 

4a

 

2a

 

2

 

 

2) 3πa2 .

25.8

1)

 

32a2 / 3; 2)

166 /15

.

25.9

1)

πa2 ;

2)

37 / 21.

25.10

 

;

;

 

 

 

1)

π2

π

3

bπ ;

 

= 10

 

 

= 21 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) x

; y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

9

 

C

32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

234

Занятие 26. Поверхностные интегралы I рода

 

Аудиторные задания

26.1 Вычислить поверхностные интегралы I рода по указанным поверхностям:

1)

∫∫xyzdS , где S – часть плоскости x + y + z =1, лежащая в первом октанте.

 

S

2)

∫∫(3x 2y +6z)dS , где S – часть плоскости 2x + y + 2z = 2 , отсеченная координатными

 

S

плоскостями.

3)

∫∫

x2 + y2

dS , где S – часть поверхности конуса x2 + y2 = z2, 0 z 1.

 

S

 

 

4)

∫∫xdS , где S – полусфера z =

1x2 y2

.

 

S

5)

∫∫(x2 + y2 + z2 )dS , где S – сфера x2 + y2 + z2 =1.

 

S

6)

∫∫(x2 + y2 )dS , где S поверхность, отсекаемая от параболоида x2 + y2 = 2z плоскостью

 

S

z =1.

7) ∫∫(6x + 4y +3z)dS , где S – часть плоскости x + 2y + 3z = 6 , расположенная в первом ок-

S

танте.

8) ∫∫x2 + y2 dS , где S – часть поверхности конуса

S

плоскостями z = 0 и z = 3 .

9) ∫∫xyzdS , где S – часть поверхности параболоида

S

x2 + y2 = z2 , расположенная между

16 16 9

z = x2 + y2 , отсекаемая плоскостью

z =1.

Домашние задания

26.2 Найти поверхностные интегралы I рода по указанным поверхностям:

1) ∫∫(3x2 +3y2 +5z2 )dS , где S – часть поверхности z = x2 + y2 , отсеченная плоскостями

S

z = 0 и z =1.

2) ∫∫x2 + y2 + z2 dS , где S поверхность конуса z2 = x2 + y2 , ограниченного плоскостями

S

z = 0 и z = h .

235

3)

∫∫z2dS , где S – часть плоскости x + y + z =1, расположенной в первом октанте.

 

S

4)

∫∫(3x y + z)dS , где S – часть плоскости x + z + −2y = 2, отсеченная координатными

 

S

плоскостями.

5)

∫∫(x2 + y + z2 4)dS , где S – часть поверхности 2y = 9 x2 z2 , отсеченная плоскостью

 

S

y = 0 (y > 0).

6) ∫∫(x 3y + 2z)dS , где S – часть плоскости 4x +3y + 2z 4 = 0 , расположенная в первом

S

октанте.

7) ∫∫x(y + z)dS , где S – часть цилиндрической поверхности x = 1y2 , отсеченной плос-

S

костями z = 0 и z = 2 .

8) ∫∫(x2 + y2 + z2 )dS , где S – сфера x2 + y2 + z2 =1.

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

; 3) 2

 

 

π

 

0; 5) 4π; 6) 24

 

 

 

+ 4

 

 

 

 

160π

 

Ответы: 26.1 1)

 

 

 

3

 

 

; 2)

 

2

; 4)

3

π

; 7) 54

 

; 8)

; 9) 0.

 

 

 

 

 

 

 

14

120

 

2

3

 

15

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

29

 

 

 

 

 

 

 

 

26.2 1) 4 2π; 2)

πh

3

; 3)

 

 

 

; 4)

3 6

; 5)

 

10

2

1

 

; 6)

 

; 7)

4; 8) 4π.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

12

 

5

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Занятие 27. Поверхностные интегралы II рода Аудиторные задания

27.1 Вычислить интегралы по указанным поверхностям:

1) ∫∫ydxdz , где S – верхняя сторона части плоскости x + y + z = a , лежащей в первом ок-

S

танте.

2) ∫∫xdydz + ydxdz + zdxdy , где S – верхняя часть поверхности x + 2y + z 6 = 0 , располо-

S

женная в первом октанте.

3) ∫∫4x2 + y2 dxdy , где S – верхняя сторона круга x2 + y2 a2 .

S

4) ∫∫(y2 + z2 )dxdy , где S – верхняя сторона поверхности z = a2 x2 , отсеченная плоско-

S

стями y = 0, y = b .

236

5) ∫∫x2dydz + y2dxdz + z2dxdy , где S – внешняя сторона части сферы x2 + y2 + z2 = R2 ,

S

расположенной в первом октанте.

6) ∫∫x2dydz + y2dxdz + z2dxdy , где S – внешняя сторона поверхности конуса

S

z2 + y2 = R2 x2; 0 x 3 . 3

27.2 Применяя формулу Остроградского, вычислить:

1) ∫∫xdydz + ydxdz + zdxdy , где S – положительная сторона куба, составленного плоскостя-

 

S

 

ми x = 0, y = 0, z = 0, x =1, y =1,

z =1.

2)

∫∫xdydz + ydxdz + zdxdy , где S – внешняя сторона сферы x2 + y2 + z2 =1.

 

S

 

3)

∫∫ydxdz , где S

поверхность тетраэдра, ограниченного плоскостями

 

S

 

x + y + z =1, x = 0, y = 0, z = 0.

 

4)

∫∫xdydz + ydxdz + zdxdy , где S – внешняя сторона цилиндра x2 + y2 = 4 с основаниями

 

S

 

z = 0 и z = 3.

Домашние задания

27.3 Вычислить интегралы по указанным поверхностям:

1) ∫∫xdydz + ydxdz + zdxdy по верхней поверхности части плоскости x + y + z = a , лежащей

S

в первом октанте.

2) ∫∫zdxdy + xdxdz + ydydz , где S – внешняя сторона треугольника, образованного пересе-

S

чением плоскости x y + z =1 и координатными плоскостями.

3) ∫∫(x2 + z2 )dydz , где S – верхняя сторона поверхности x = 9 y2 , отсеченной плоско-

S

стями z = 0, z = 2 .

27.4 Вычислить непосредственно, результат проверить по формуле Остроградского:

1) ∫∫xdydz + ydxdz + zdxdy , где S – внешняя сторона цилиндра x2 + y2 = R2 с основаниями

S

z = 0 и z = H .

237

2) ∫∫xdydz + ydxdz + zdxdy , где S – положительная сторона поверхности куба, ограничен-

S

ного плоскостями x = 0, y = 0, z = 0 , x = 4, y = 4, z = 4 . 27.5 Применяя формулу Остроградского, вычислить:

1) ∫∫xdydz + ydxdz + zdxdy , где S – положительная сторона поверхности, ограниченной

 

S

 

плоскостями x = 0, y = 0, z = 0 ,

x + y + 2z =1.

2)

∫∫(x + y)dydz +(y z)dxdz + zdxdy через поверхность шара x2 + y2 + z2 =1.

 

S

 

3)

∫∫x2dydz + y2dxdz + z2dxdy , где S – внешняя сторона куба 0 x a; 0 y a; 0 z a .

 

S

 

4)

∫∫xdydz + ydxdz + zdxdy , где S – внешняя сторона поверхности пирамиды, ограниченной

 

S

 

плоскостями x = 0, y = 0, z = 0 ,

2x +3y + 4z =12.

5)

∫∫x3dydz + y3dxdz + z3dxdy , где S – внешняя сторона поверхности сферы

 

S

 

x2 + y2 + z2 = a2 .

 

 

a3 ; 2) 54; 3)

4 π

 

 

 

2ab (b2

+ 2a2 );

 

3

πR4

 

 

3πR2

 

2R3 .

Ответы: 27.1

1)

a5

;

4)

5)

;

6)

+

8

2

 

 

 

6

5

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

1

a3

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

27.2 1) 1; 2) 4π; 3)

6 ; 4) 36π. 27.3 1)

2 ; 2)

6

; 3) 88. 27.4 1) 3πR H; 2) 192.

27.5 1)

4

; 2) 4π;

3) 3a4; 4) 36; 5)

12

πa5 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Занятие 28. Приложения интегралов по поверхности Аудиторные задания

28.1Вычислить площадь поверхности той части плоскости x + 2y + z = 4 , которая расположена в первом октанте.

28.2Найти площадь поверхности части конуса z = x2 + y2 , заключенного внутри цилиндра x2 + y2 = 2x .

28.3Найти площадь поверхности z = 2 x2 +2 y2 , расположенной над плоскостью xOy.

28.4Найти площадь части поверхности y = x2 + z2 , вырезанной цилиндром z2 + x2 =1 и расположенной в первом октанте.

238

28.5 Вычислить

массу

поверхности

z = x ,

ограниченной

плоскостями

x + y =1; y = 0; x = 0 , если поверхностная плотность в каждой точке равна абсциссе этой точки.

28.6Найти массу полусферы z = a2 x2 y2 , если поверхностная плотность в каждой

ееточке равна z2 .

28.7

Вычислить массу поверхности

z2 = x2 + y2 , заключенной между

плоскостями

z = 0; z =1, если поверхностная плотность пропорциональна x2 + y2 .

 

28.8

Найти координаты центра

тяжести однородной треугольной

пластинки

x + y + z =1(x 0, y 0, z 0).

28.9Найти момент инерции относительно оси OX кругового цилиндра, высота которого h

ирадиус основания a.

Домашние задания

28.10Найти площадь части поверхности 2x + 2y + z = 8, заключенной внутри цилиндра x2 + y2 =1.

28.11Найти площадь части поверхности 2x + y + z = 4 , которая расположена в первом

октанте.

28.12 Определить суммарный электрический заряд, распределенный на части поверхности двуполостного гиперболоида z2 = x2 + y2 +1, 1 z 2 , если плотность заряда в каждой точке пропорциональна аппликате этой точки ( δ = kz ).

28.13Вычислить поток вектора a = (x + y)i + (y x)j + zk через поверхность шара единичного радиуса с центром в начале координат.

28.14Найти массу полусферы x = R2 y2 z2 , если поверхностная плотность в каждой точке пропорциональна квадрату расстояния этой точки до начала координат.

28.15Найти массу полусферы x2 + y2 + z2 = R2 (z 0), если поверхностная плотность в

каждой точке γ = x2 + y2 .

28.16

Найти массу, координаты центра тяжести и моменты инерции относительно осей и

начала координат пластинки D = {y x2, y 1}, если плотность γ(x, y)= x2 y .

28.17

Найти массу,

центр тяжести однородного полушара x2 + y2 + z2 1, z 0 (плот-

ность γ =1).

 

28.18

Найти массу,

центр тяжести однородного цилиндрического тела, ограниченного

поверхностями x2 + y2 =1, z = 0 .

239

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

π(5

 

 

 

1).

 

 

 

π

 

(5

 

1).

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

2

 

πa4 .

Ответы:

 

28.1 4

 

 

.

 

28.2

 

 

π .

28.3

 

 

 

 

28.4

 

 

28.5

 

 

2

28.6

 

 

6

 

 

2

 

 

5

 

 

5

 

 

 

 

 

3

 

 

 

24

 

 

6

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

 

 

a2

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kπ

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

πha2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3

 

 

3 1).

28.7

 

 

 

 

π . 28.8

 

;

 

;

.

28.9

 

 

+

 

 

 

 

. 28.10

3π.

 

 

28.11

 

4

 

6 .

28.12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

3 3 3

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28.13

4π.

28.14

2πR4 . 28.15

πR2 . 28.16

 

m =

4

 

; x

= 0; y

c

= 7

;

I

x

=

 

4

; I

y

=

4

;

I

o

= 104 .

 

21

33

45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

495

 

 

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28.17

m =

 

 

; xc

= yc = 0; zc =

 

 

. 28.18 m =

2

π; zc =

9

; C 0;0;

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕОРИЯ ПОЛЯ Занятие 29. Элементы теории поля

 

Аудиторные задания

 

 

 

 

 

29.1 Найти линии уровня скалярного поля:

 

 

 

 

 

 

 

1) u = 2x +3y ;

2) u = 2x2 4x + y2 + 2y + z2 ;

3) u = x + 2y +5z ; 4) u =

x2

+

y2

+

z2

.

 

 

 

 

 

4

5

6

 

29.2 Определить вектор-градиент скалярного поля u:

 

 

 

 

 

1) u = 2x +3y ;

2) u = 3x +5y 6z ;

3) u = 4x2 +6xy 5z3 .

 

 

 

 

 

29.3 Найти вектор-градиент скалярного поля u в точке M и наибольшую скорость возрастания поля в этой точке, если:

1)

 

π

;

2) u = x2 yz xy2z + xyz2, M (1;2;1).

u = ln(x tg y), M 1;

4

 

 

 

 

 

 

29.4 Найти производную скалярного поля u в точке M по направлению вектора e , если:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

u = xy + y2

4z, M (1;2;3), e = 2i + 3 j 5k ;

2)

u = 4xy + y2

, M 1;

 

 

 

, e

= i + 2

3 j

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) u = x2 y + xz2 2z, M (1;1;1), e = MM1, M1(2;1;2). 29.5 Для векторного поля F найти векторные линии:

1) F = (5x y)i + 2yj ;

2) F = (3x y2 )i + yj ;

3) F = yi xj 2k ;

4) F = (x + y2 + z2 )i + yj + zk ;

5) F = (x y + z)i +(x + y z)j +(2z y)k .

29.6 Вычислить дивергенцию поля F в точке M, если:

1)F = (2xy + zx)i +(xyz + y)j +(x + y + 2z)k , M (1;1;2);

2)F = (x + y + z)i + (x2 + y2 + z2 )j +(y3 + x3 + z3 )k , M (1;2;3);

3)F = (x2 yz 5y2z +6xz2 )i + (2y2xz 4yz2 +3xz)j + (z2xy 7zy3 + z3 )k , M (0;1;1).

240

29.7 Найти ротор векторного поля F :

1)F = (2xy z)i +(yx + z)j + (x2 2xz)k ;

2)F = xi + yj + zk ; 3) F = xyzi +(2x +3y z)j + (x2 + z2 )k .

Домашние задания

29.8 Для заданного скалярного поля записать уравнение линии уровня, проходящей через точку M. Определить в точке M производную поля u по направлению l , градиент поля и наибольшую скорость возрастания поля в этой точке.

u = x2 + y2 + 4x + 2y 2, M (1, 2), l = −3i + 4 j .

29.9 Для заданного скалярного поля u определить в точке M1 производную поля по на-

правлению вектора M1M2 , градиент, производную по направлению вектора l , который образует с градиентом в точке M1 угол ϕ.

1) u = xy2z + yz2 3z, M1(0,1, 2), M2 (2, 3, 1), l = i j + 2k , ϕ = 30 ;

2) u =

y

+

x

+

z

, M1(1, 2, 3), M2 (2,1, 1), l = 2i 4 j +3k ,

ϕ = 225 .

xz

yz

xy

 

 

 

 

 

29.10

Вычислить производную поля u = ln(xz2 + 2yz) в точке M (1,3,2) по положительно-

x =1+ cost

му направлению окружности y = 2 + sin t.

z = 2

29.11 Найти угол ϕ между градиентами функций u = x + yz + 2xz и ϑ = x2 + y2 + z2 в

точке M (2,3,2).

29.12

Найти векторные линии поля:

 

1) F = (2x + y)i + 2(y + 2z)j +(x z)k ;

2) F = xi + yj .

29.13

Найти дивергенцию векторного поля F :

1)

F = (2x2 y 3xz3 +5x3 yz)i + (4y3x + xyz +8z2 )j + (6z3xy2 7z2x +9zy)k ;

2)

F = (3y2 2xy + x2 )i + (xy 5y2 )j ;

3) F = x2 i yx j + xyzk ;

4) F = (x2 y + y2 x xy)i + (y3 4xy + 3y2 )j .

 

29.14

Найти ротор векторного поля F :

 

1) F = x2i + y2 j + z2 k ;

2) F = y2 zi + xz2 j + x2 yk .

241

Ответы:

29.1

 

 

1)

c = 2x + 3y ;

2)

(x 1)2

+

(y +1)2

+

z2

 

= C ;

3)

c = x + 2y +5z ;

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

6

 

 

 

 

 

 

 

 

4) C =

x2

+

y2

 

+

 

z2

. 29.2 1)

gradu = 2i +3 j ; 2) gradu(3;5;6); 3) gradu(8x +6y;6x;15z2 ).

 

 

4

 

5

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29.3 1) gradu = i + 2 j; max

du

=

 

 

 

; 2) gradu = 6i j + 4k; max

du

 

=

 

.

 

 

 

 

5

 

41

 

 

 

dl

 

dl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

du

 

 

37

 

 

du =

2

 

 

 

 

(5 +

 

 

); 3)

du = −

 

11

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29.4 1)

 

=

 

 

; 2)

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dl

 

 

 

 

 

38

 

 

 

dl

 

13

 

 

 

 

 

 

 

dl

14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

2 / 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

= c cost

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x y2 z2

= c z

 

29.5

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

2)

 

 

 

x = y2 ;

3)

 

 

 

y = csin t ;

4)

 

 

1

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 5 / 3

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

= 2t +c

 

 

 

 

y = c2z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = (c

+c

 

+c t)et +c e2t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

1

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5) y = (c +c +c t)et

. 29.6 1)

divF(M )= 9 ; 2) divF(M )= 32 ; 3) divF(M )=12 .

 

 

z = (c

1

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+c t)et

+c e2t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29.71) rot F = (2x +3z 1)j +(y 2x)k ; 2) rot F = 0; 3) rot F = i +(xy + 2x)j +(2 xz)k .

29.8(x + 2)2 +(y +1)2 =10; dudl = 185 ; gradu = 2i +6 j; max dudl = 210 .

 

 

du

 

 

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

du

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

;

29.9 1)

de

= 0;

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

; gradu = 2i

+ 4 j + k; dl1

=

 

 

 

 

 

d M1M2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

17

 

 

du

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

 

 

101

 

 

 

1

 

2

 

;

 

 

 

2) dl

= −

 

 

 

 

 

;

 

 

=

 

 

 

 

 

 

; gradu = −2i

2

j + 9 k

 

 

 

3

 

 

 

 

d M1M2

 

18

 

 

 

 

 

 

 

29

 

26

 

 

 

du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2786

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

 

 

 

 

 

 

 

 

. 29.10

 

 

 

 

.

 

29.11 ϕ = arccos

 

 

 

 

 

 

.

29.12 1)

 

 

 

 

36

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

dl1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

102

 

 

 

 

 

 

 

 

x = c

+c

t + 4c e3t

 

1

2

 

3

 

 

2c1 2c2t + 4c3e3t ;

y = c2

z = c

c

+c t

+c e3t

 

1

2

2

3

 

 

 

 

 

2) y = c1x; z = c2 . 29.13 1) 4xy 3z3 +15x2 yz +12xy2 13xz +18xy2 z2 + 9y ;

2) 3x 12y; 3) x + xy ; 4) 4y2 4x + 5y + 2xy .

29.14 1) 0; 2) (x2 2xz)i + (y2 2xy)j + (z2 2yz)k .

242