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

Занятие 30. Поток векторного поля. Циркуляция. Потенциальное поле

 

 

 

Аудиторные задания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30.1

Вычислить поток векторного поля F = xi + y j zk

 

через верхнюю сторону части

поверхности z = 4 x2 y 2 , отсеченной плоскостью z = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30.2

Вычислить поток векторного поля F = (4x 3)i +(2y 6x) j y2z3 k через внутрен-

нюю сторону боковой поверхности части цилиндра

 

x2 + y 2= 9 , ограниченной плоскостью

z = 0 , параболоидом z = x2 + y 2 и расположенной в первом октанте.

 

 

 

30.3

Вычислить поток поля F = x3i y3 j + 2zk

 

через внешнюю сторону части сферы

x2 + y2 + z2 =1, вырезанной конической поверхностью z =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 + y2

.

 

 

 

 

 

30.4

Вычислить поток векторного поля

F = 3x i 3y j 5z2 k

через внешнюю сторону

замкнутой

поверхности S,

состоящей из

 

части

 

параболоида

 

2z = x2 + y 2

и сферы

x2 + y2 + z2 = 8, накрывающей параболоид.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30.5

Вычислить поток векторного поля

F = 2xy i y

 

2 j + z3 k

через внешнюю сторону

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

замкнутой

поверхности,

ограниченной

 

поверхностями:

 

 

x2 + y 2

 

z

и

 

 

3

x2 + y2 + z2 = 2Rz .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30.6

Вычислить поток через положительно ориентированную замкнутую поверхность S :

1) F = xy2i + y(z x) j + (x2 zy2 )k , S :

x2

+

y2

 

+

z2

=1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

9

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) F = 3xy2i (1+ yz2 )j + (2 zx2 )k , S : x2 + z2 y2 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =1,

y 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (x2 y2 )i + (yx2 z2 )j + (zy2 x2 )k

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

2

=16

 

 

 

 

 

 

 

3) F

, S :

x

 

+ y

 

 

+ z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

x

 

+ y

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30.7

Вычислить циркуляцию векторного поля F

вдоль линии L:

 

 

 

 

 

 

 

1)F = (2x y2 +1)i + (3x + 2y2 10) j , L : x = 3 y2 ;

y = x 1

2)F = (y3 8yz z)i + (yz x3 + 2x)j + (yx3 2z3 )k , L : z = x2 + y2 ;

z =1, z 0

243

3) F = (x2 y2 )i + (x2 z2 )j + (y2 x2 )k , L – контур треугольника АВС, где A(1;0;0) ,

B(0;1;0) , C(0;0;1) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = 2cost,

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

 

 

 

 

 

 

от точки B(2;0;4) и от-

F = (x y)i +(y z) j +(z x)k , L – часть линии L : y = 2sin t,

 

 

 

 

2t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z = π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

резка ВА.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30.8 Вычислить по формуле Стокса циркуляцию векторного поля F

по замкнутому кон-

туру L:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

2

 

1) F = (z3 + 2y3 + 3y)i + (y3 2x3 xz2 )j + (z2

5xy2 )k , L : x

 

+ y

 

 

+ z

 

 

=1, ;

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

x

 

+ y

 

 

 

 

 

z =

 

 

 

 

2)

F = (3z2 y3 )i + (x3 2y2 z2 )j + (2xyz x2 y2 )k , L : x2 + y2 = 4, .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x + z = 4

 

 

 

 

 

 

 

 

30.9 Выяснить, является ли векторное поле

F потенциальным.

Найти его потенциал и

вычислить линейный интеграл w поля F от точки M до точки N:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

F = x ln x(1+ y2 )i + yx2 (1+ y2 )1,

M (2;3),

N(4;7);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

F = (3x2 y3z1 2x3 )i + (2x3 yz1 +3y3 )j + (z3

x3 y2z2 )k ,

M (1;2;2),

 

N(1;3;1);

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30.10 Выяснить, является ли векторное поле соленоидальным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

F = x2 yi 2xy2 j + 2xyz k ;

2) F = 5xyzi 3xz j + 4x k .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Домашние задания

30.11 Вычислить поток векторного поля F = (4x 3y)i + (2y 6x) j y2 zk через внут-

реннюю сторону боковой поверхности части цилиндра x2 + y2 = 4 , ограниченной плоско-

стью z = 0 , параболоидом z = x2 + y2 и расположенной в первом октанте.

30.12Вычислить поток поля F = yi + zj + xk через нижнюю сторону плоскости тре-

угольника АВС, где A(2,0,0), B(0,2,0), C(0,0,2) .

30.13Вычислить поток поля F = yi + xj z2 cos yk через внешнюю сторону части ци-

линдра x2 + y2 = 4 , лежащей в третьем октанте и ограниченной плоскостями z = 0 и x + y + z = 4 .

244

30.14 Вычислить поток векторного поля F через положительно ориентированную замкнутую поверхность S :

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

+ z

2

y

2

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) F = 3xy

i (1+ yz

)j + (2 zx

)k

, где S

:

x

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

+ y

2

+ z

2

=

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) F = (x2 y2 )i + (yx2

z2 )j

+ (zy2 x2 )k , где

S :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 + y2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j + (x2 2y)k вдоль линии

 

30.15

Вычислить циркуляцию векторного поля

 

F = y2i + z2

z =

4 x2 y2

, x2 + y2 = 2x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30.16

Вычислить

 

 

 

по

 

 

 

формуле

 

 

Стокса

 

 

 

 

 

 

циркуляцию

 

векторного

поля

F = (y3

yx2 )i + (y2

x2 + x)j по контуру L :

 

(x 1)2 + 4y2 = 4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30.17 Для заданного векторного поля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

= 2xz +

 

i

x + z

 

j +

x

2 +

 

k

, A(1,3, 2), B(1, 2,3):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) проверить потенциальность поля; 2) найти потенциал поля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

153πR5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответы: 30.1 8π. 30.2

81

 

 

π−18

 

. 30.3

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

.

30.4

 

 

32

2

+

 

2π. 30.5

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π ; 3) 8 5

 

 

. 30.7 1) 4,5; 2) 17π

 

 

 

 

30.6 1) 64π; 2)

2

; 3) 2; 4)

8 + 2π. 30.8 1) – 2,5π; 2) 120π.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1024π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30.9 1) Поле потенциальное,

 

w = 8ln 50 2ln10

,

 

 

u(x, y, z) =

1 x2 +ln(1+ y2 )+C ; 2) Поле по-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тенциальное, w = 52; u(x, y, z)

= −

1

 

x

4

+

3

y

4

+

 

1

z

4

 

+ x

3

y

2

z

1

 

+C ; 3 ) По ле не по тенц

иальное.

2

 

4

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80

 

π

 

8 5

 

 

. 30.15 6π+16 .

30.10 1) Да; 2) нет. 30.11 72 3π. 30.12 – 4. 30.13

. 30.14 1)

; 2)

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1024π

3

 

30.16 π

. 30.17 Поле потенциальное,

 

u = x2z +

x + z

+C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

245