VEKTORSKE FUNKCIJE Vektorske funkcije so funkcije, katerih rezultat preslikave je vektor v prostoru. Preslikave so: preslikava rezultat 3 f(t) = ( x(t

Podobni dokumenti
FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Matematika 2 Pisni izpit 9. junij 2005 Ime in priimek: Vpisna št: Zaporedna številka izpita: Navodila Pazljivo preberite bese

C:/Users/Matevz/Dropbox/FKKT/TESTI-IZPITI-REZULTATI/ /Izpiti/FKKT-januar-februar-15.dvi

FGG13

Osnove matematicne analize 2018/19

C:/Users/Matevž Èrepnjak/Dropbox/FKKT/testi in izpiti/ /IZPITI/FKKT-februar-14.dvi

NEKAJ VPRAŠANJ IZ MATEMATIKE 2 1. Katero točko evklidskega prostora R n imenujemo notranjo (zunanjo, robno) točko množice M R n? 2. Za poljubno množic

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO Petra Žigert Pleteršek MATEMATIKA III Maribor, september 2017

resitve.dvi

C:/Users/Matevž Èrepnjak/Dropbox/FKKT/TESTI-IZPITI-REZULTATI/ /Izpiti/FKKT-avgust-17.dvi

resitve.dvi

resitve.dvi

Matematika II (UNI) Izpit (23. avgust 2011) RE ITVE Naloga 1 (20 to k) Vektorja a = (0, 1, 1) in b = (1, 0, 1) oklepata trikotnik v prostoru. Izra una

ANALITIČNA GEOMETRIJA V RAVNINI

C:/Users/Matevž Èrepnjak/Dropbox/FKKT/TESTI-IZPITI-REZULTATI/ /Izpiti/FKKT-junij-17.dvi

resitve.dvi

Matematika Diferencialne enačbe prvega reda (1) Reši diferencialne enačbe z ločljivimi spremenljivkami: (a) y = 2xy, (b) y tg x = y, (c) y = 2x(1 + y

Matematika II (UN) 2. kolokvij (7. junij 2013) RE ITVE Naloga 1 (25 to k) ƒasovna funkcija f je denirana za t [0, 2] in podana s spodnjim grafom. f t

Vaje: Matrike 1. Ugani rezultat, nato pa dokaži z indukcijo: (a) (b) [ ] n 1 1 ; n N 0 1 n ; n N Pokaži, da je množica x 0 y 0 x

Vrste

Vektorji - naloge za test Naloga 1 Ali so točke A(1, 2, 3), B(0, 3, 7), C(3, 5, 11) b) A(0, 3, 5), B(1, 2, 2), C(3, 0, 4) kolinearne? Naloga 2 Ali toč

11. Navadne diferencialne enačbe Začetni problem prvega reda Iščemo funkcijo y(x), ki zadošča diferencialni enačbi y = f(x, y) in začetnemu pogo

Poslovilno predavanje

Rešene naloge iz Linearne Algebre

PowerPoint Presentation

resitve.dvi

2. izbirni test za MMO 2017 Ljubljana, 17. februar Naj bosta k 1 in k 2 dve krožnici s središčema O 1 in O 2, ki se sekata v dveh točkah, ter

Matematika 2

Funkcije in grafi

Domače vaje iz LINEARNE ALGEBRE Marjeta Kramar Fijavž Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Univerze v Ljubljani 2007/08 Kazalo 1 Vektorji 2 2 Analit

Popravki nalog: Numerična analiza - podiplomski študij FGG : popravljena naloga : popravljena naloga 14 domače naloge - 2. skupina

OdvodFunkcijEne11.dvi

P182C10111

Slide 1

Brownova kovariancna razdalja

RAČUNALNIŠKA ORODJA V MATEMATIKI

PRIPRAVA NA 1. Š. N.: KVADRATNA FUNKCIJA IN KVADRATNA ENAČBA 1. Izračunaj presečišča parabole y=5 x x 8 s koordinatnima osema. R: 2 0, 8, 4,0,,0

Bojan Kuzma ZBIRKA IZPITNIH VPRAŠANJ PRI PREDMETIH ANALIZA I IN ANALIZA II (Zbirka Izbrana poglavja iz matematike, št. 1) Urednica zbirke: Petruša Mih

DOMACA NALOGA - LABORATORIJSKE VAJE NALOGA 1 Dani sta kompleksni stevili z in z Kompleksno stevilo je definirano kot : z = a + b, a p

Ime in priimek: Vpisna št: FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Verjetnost Pisni izpit 5. februar 2018 Navodila Pazljivo preberite

Ime in priimek: Vpisna št: FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Statistika Pisni izpit 31. avgust 2018 Navodila Pazljivo preberite

Študij AHITEKTURE IN URBANIZMA, šol. l. 2016/17 Vaje iz MATEMATIKE 9. Integral Določeni integral: Določeni integral: Naj bo f : [a, b] R funkcija. Int

Predtest iz za 1. kontrolno nalogo- 2K Teme za kontrolno nalogo: Podobni trikotniki. Izreki v pravokotnem trikotniku. Kotne funkcije poljubnega kota.

Uvod v diferencialne enačbe, kompleksno in Fourierovo analizo Bojan Magajna Fakulteta za matematiko in fiziko, Univerza v Ljubljani

Matematika II (UN) 1. kolokvij (13. april 2012) RE ITVE Naloga 1 (25 to k) Dana je linearna preslikava s predpisom τ( x) = A x A 1 x, kjer je A

Poglavje 3 Reševanje nelinearnih enačb Na iskanje rešitve enačbe oblike f(x) = 0 (3.1) zelo pogosto naletimo pri reševanju tehničnih problemov. Pri te

Zgledi:

GeomInterp.dvi

ZveznostFunkcij11.dvi

P181C10111

Matematika 2 - ustna vprašanja 1) Determinanta, poddeterminanta (1,3)...3 2) Lastnosti determinante (5)...3 3) Cramerjevo pravilo (9)...3 4) Računanje

Srednja šola za oblikovanje

Linearna algebra - povzetek vsebine Peter Šemrl Jadranska 21, kabinet 4.10 Izpitni režim: Kolokviji in pisni izpiti so vsi s

ELEKTRIČNI NIHAJNI KROG TEORIJA Električni nihajni krog je električno vezje, ki služi za generacijo visokofrekvenče izmenične napetosti. V osnovi je "

CpE & ME 519

M

glava.dvi

Prevodnik_v_polju_14_

Diploma.Žiga.Krofl.v27

Naloge 1. Dva električna grelnika z ohmskima upornostma 60 Ω in 30 Ω vežemo vzporedno in priključimo na idealni enosmerni tokovni vir s tokom 10 A. Tr

Ime in priimek: Vpisna št: FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Statistika Pisni izpit 6. julij 2018 Navodila Pazljivo preberite be

5 SIMPLICIALNI KOMPLEKSI Definicija 5.1 Vektorji r 0,..., r k v R n so afino neodvisni, če so vektorji r 1 r 0, r 2 r 0,..., r k r 0 linearno neodvisn

Microsoft PowerPoint _12_15-11_predavanje(1_00)-IR-pdf

Matematika Uporaba integrala (1) Izračunaj ploščine likov pod grafi danih funkcij: (a) f(x) = x 2 na [0, 2], (b) f(x) = e x na [0, 1], (c) f(x) = x si

Kotne in krožne funkcije Kotne funkcije v pravokotnem trikotniku β a c γ b α sin = a c cos = b c tan = a b cot = b a Sinus kota je razmerje kotu naspr

RAM stroj Nataša Naglič 4. junij RAM RAM - random access machine Bralno pisalni, eno akumulatorski računalnik. Sestavljajo ga bralni in pisalni

Naloge iz kolokvijev Analize 1 (z rešitvami) E-UNI, GING, TK-UNI FERI dr. Iztok Peterin Maribor 2009 V tej datoteki so zbrane naloge iz kolokvijev za

Mladi za napredek Maribora srečanje DOLŽINA»SPIRALE«Matematika Raziskovalna naloga Februar 2015

1. izbirni test za MMO 2018 Ljubljana, 16. december Naj bo n naravno število. Na mizi imamo n 2 okraskov n različnih barv in ni nujno, da imam

EKVITABILNE PARTICIJE IN TOEPLITZOVE MATRIKE Aleksandar Jurišić Politehnika Nova Gorica in IMFM Vipavska 13, p.p. 301, Nova Gorica Slovenija Štefko Mi

Namesto (x,y)R uporabljamo xRy

Del 1 Limite

Microsoft Word - ELEKTROTEHNIKA2_ junij 2013_pola1 in 2

Identifikacija Mednarodna raziskava trendov znanja matematike in naravoslovja Vprašalnik za učitelje Matematika International Association for the Eval

NAVADNA (BIVARIATNA) LINEARNA REGRESIJA O regresijski analizi govorimo, kadar želimo opisati povezanost dveh numeričnih spremenljivk. Opravka imamo to

STAVKI _5_

Ravninski grafi Tina Malec 6. februar 2007 Predstavili bomo nekaj osnovnih dejstev o ravninskih grafih, pojem dualnega grafa (k danemu grafu) ter kako

PREDMETNI KURIKULUM ZA RAZVOJ METEMATIČNIH KOMPETENC

(Microsoft PowerPoint - vorsic ET 9.2 OES matri\350ne metode 2011.ppt [Compatibility Mode])

Urejevalna razdalja Avtorji: Nino Cajnkar, Gregor Kikelj Mentorica: Anja Petković 1 Motivacija Tajnica v posadki MARS - a je pridna delavka, ampak se

Univerza v Mariboru Fakulteta za naravoslovje in matematiko Oddelek za matematiko in računalništvo Enopredmetna matematika IZPIT IZ VERJETNOSTI IN STA

REŠEVANJE DIFERENCIALNIH ENAČB Z MEHANSKIMI RAČUNSKIMI STROJI Pino Koc Seminar za učitelje matematike FMF, Ljubljana, 25. september 2015 Vir: [1] 1

Posebne funkcije

LaTeX slides

UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO ODDELEK ZA FIZIKO Peter Smerkol SEMINARSKA NALOGA Brownovo Gibanje MENTOR: dr. Tomaž Podobnik L

7. VAJA A. ENAČBA ZBIRALNE LEČE

dr. Andreja Šarlah Teorijska fizika II (FMF, Pedagoška fizika, 2010/11) kolokviji in izpiti Vsebina Kvantna mehanika 2 1. kolokvij 2 2. kolokvij 4 1.

3. Metode, ki temeljijo na minimalnem ostanku Denimo, da smo z Arnoldijevim algoritmom zgenerirali ON bazo podprostora Krilova K k (A, r 0 ) in velja

predstavitev fakultete za matematiko 2017 A

DN5(Kor).dvi

Bojan Magajna Uvod v diferencialne enačbe, kompleksno in Fourierovo analizo sin πz = πz n=1 (1 z2 n 2 ) DMFA založništvo

Kazalo 1 DVOMESTNE RELACIJE Operacije z dvomestnimi relacijami Predstavitev relacij

MATEMATIKA – IZPITNA POLA 1 – OSNOVNA IN VIŠJA RAVEN

Numerika

FGG14

POPOLNI KVADER

1 Diskretni naklju ni vektorji 1 1 Diskretni naklju ni vektorji 1. Dopolni tabelo tako, da bosta X in Y neodvisni. X Y x x x x x

PowerPoint Presentation

Transkripcija:

VETORSE FUNCIJE Vektorske funkcije so funkcije, katerih rezultat preslikave je vektor v prostoru. reslikave so: preslikava rezultat 3 f(t) = ( x(t),y(t),z(t) ) 3 f(u,v) = ( x(u,v),y(u,v),z(u,v) ). 3 3 f(x,y,z) = ( f 1(x,y,z),f (x,y,z),f 3(x,y,z) ) ravila za zveznost vektorskih funkcij so enaka, kot pri navadnih funkcijah: t 0 f 0. Odvod vektorskih funkcij Odvod vektorske funkcije je enak limiti diferenčnega količnika, kar zapišemo kot: f(t + h) f(t) x(t + h) x(t) y(t + h) y(t) z(t + h) z(t) f'(t) = lim = lim,,. Lahko pa h 0 h h 0 h h h f(t) = f '(t) = x(t),y(t),z(t), če so komponente odvedljive. odvod zapišemo še kot: ( ) ravila, ki veljajo so podobna kot za ostale funkcije: a) Vsota in razlika: ( α f(t) ±β g(t) )' =α f '(t) ±βg'(t) b) Skalarni produkt: ( f(t) g(t) )' = f '(t)g(t) + f(t)g'(t) f(t) g(t) ' = f '(t) g(t) + f(t) g'(t) c) Vektorski produkt: ( ) in druga. odobne odvode lahko zapišemo tudi za funkcije večih spremenljivk. Na primer za funkcijo dveh spremenljivk z obliko: f(u,v) = ( x(u,v),y(u,v),z(u,v) ). arcialni odvod na u je: f x y z (u,v),, =. Za fukcijo treh spremenljivk pa je enak: u u u u f(x,y,z) = ( f 1(x,y,z),f (x,y,z),f 3(x,y,z) ) f f 1(x,y,z) f (x,y,z) f 3(x,y,z). (x,y,z) =,, r (x y z ) (x y z ) (x y z ) f(x,y,z) r e = = x e,y e,z e, kjer je r = (x,y,z); r = x + y + z f Odvod na x je enak (x, y,z) e = r ( 1 + x,xy,xz ).

rivulje v prostoru rivulje v prostoru lahko podajamo na tri načine: a) eksplicitno y= y(x),z= z(x) b) implicitno F(x, y,z) = 0, G(x, y,z) = 0 r = r(t) = x(t),y(t),z(t) točko na krivulji. c) parametrično podamo zvezo ( ), kjer je r(t) krajevni vektor do 1. Enačba premice: r = (1, 1) + t(1,1,3) = (1+ t,+ t, 1+ 3t). Imamo enačbo x + y = 4 y= 4 t x+ y+ z= 1 z = 1 t 4 t parametriziramo : x = t r(t) = (t, 4 t,1 t 4 t ) ker imamo dve veji, je bolje, da zapišemo oz. uporabimo drugo spremenljivko: x = sint y= cost z = 1 sint cost r(t) = ( sin t,cost,1 sin t cos t) 3. Enačba vijačnice: r(t) = (acost,asint,bt); a,b > 0 x = acost y= asint z = bt olžina krivulje olžino nekega dela krivulje med dvema točkama lahko izračunamo po enačbi za vektorsko dolžino: TkTk+ 1= r(t k+ 1) r(t k) = [ x(t k+ 1) x(t k) ] + [ y(t k+ 1) y(t k) ] + [ z(t k+ 1) z(t k) ] z upoštevanjem zveze [ x(t k+ 1) x(t k) ] x ( t k) tk x(t k), y(t k), z(t k) tk Če seštejemo te prispevke in jih limitiramo, dobimo dolžino loka krivulje od točke, kjer je t =α do točke, kjer je t =β: n lim x(t k), y(t k), z(t k) tk n i = 1 β β l = x(t k), y(t k), z(t k) dt = r(t) r(t)dt α α

Če je krivulja dana eksplicitno, njeno dolžino lahko izračunamo po enačbi: b l= 1+ [ y'(x) ] + [ z'(x) ], kjer upoštevamo, da je r = (x, y'(x), z'(x)), x pa predstavlja a parameter. Začetna točka je a, končna pa b. olžina enega zavoja vijačnice: r = (acost,asin t,bt) r = ( asin t,acost,b) r r = a sin t+ a cos t+ b = a + b π π l= r rdt = a + b dt = π a + b 0 0 Naravni parameter rivuljo izrazimo z naravnim parametrom s, če izrazimo (obrnemo) t kot funkcijo s: t = g(s) in to vstavimo v enačbo krivulje. ri tem dobimo funkcijo r(s), ki nam pove, da se pri določenem s nahajamo na v točki na krivulji, ki je za s oddaljena od začtka. Enačba je potem t enaka: s(t) = r(t) r(t)dt. Zveza med diferencialom parametra t in diferencialom α parametra s je: ds = r r dt. Odvod funkcije po parametru n je enak 1 in potrdi definicijo odvoda, da je smerni vektor tangente krivulje v prostoru: dr dr dt 1 r(t) r'(s) = = = r(t) = ds dt ds r r r(t) r'(s) = 1. ds = r '(s) dt

Enačba tangente in normalne ravnine Smerni vektor tangente predstavlja odvod r(t), ki ga označimo z a. Enotski vektor potem r a lahko zapišemo kot: t = r(s) r = a = ; enačbo tangente pa kot: R = r(t) +λ r(t). Enačba R r(t) r(t) = 0, normalna ravnina je ravnina, ki preseka premico normalne ravnine pa je: ( ) pod pravim kotom, to je pravokotna ravnina. bπ r(t) = ( acost,asin t,bt) točka 0,a,. oloči enačbo tangente in normalne ravnine! π t = π r = ( a,0,b) r = ( asint,acost,b) π R = 0,a, b +λ ( a,0,b) normalna ravnina: π π R 0,a, b a,0,b = 0 ax+ bz= b ( ) rivulja je dana z funkcijama F(x, y, z) = 0 in G(x,y,z) = 0. Če bi bila krivulja parametrizirana r = r(t) = ( x(t),y(t),z(t) ), potem bi imeli Fx(t),y(t),z(t) ( ) = 0 in F F F G( x(t),y(t),z(t) ) = 0. Če odvajamo funkciji na t, dobimo: x(t) + y(t) + z(t) = 0 y z G G G in x(t) + y(t) + z(t) = 0. Uvedemo količnik (vektor) gradient, ki je enak: y z F F F gradf =,, y z in G G G gradg =,, y z. Enačbi sedaj lahko zapišemo kot: gradf r(t) = 0 in gradg r(t) = 0. Iz tega sledi, da je r(t) =λ ( gradf gradg). V tem primeru je vektor v smeri tangente vektorski produkt r(t) =λ gradf gradg, če je le različen od nič. gradientov: ( ) rivulja je dana s presekom ploskev: x + y + z = a in x + y = ax. oloči enačbo a a a tangente, kjer je x =, y =,z =. gradf = (x,y,z) = (a,a,a ) T gradg = (x 0, y,0) = (0,a,0) T

i, j, k ( ) ( ) gradf gradg = a, a, a = a,0,a = a,0,1 0, a, 0 a a a enačba tangente: R =,, +λ,0,1 A(a,0,0) ( ) gradf = (a,0,0) vektorja sta vzporedna, ker je vektorski produkt enak nič, gradg = (a,0,0) zato izračunamo z metodo: a a x = cost a y= sint a a t ( 1 cost) + sint + z = a z=± asin a a t r(t) = ( 1 cost ), sint, ± asin ne dobimo ustrezne tangente, ker je oblika krivulje špičasta

loskve v prostoru odajamo jih z naslednjimi oblikami enačb: eksplicitno: z = z(x,y) implicitno: F(x, y, z) = 0 parametrično: r = r(u,v). 1. Imamo kruvuljo oblike: x+ y 3z = 1 implicitno: x + y 3z 1 = 0 eksplicitno: z = 1 3 ( x + y 1) parametrično: r(u, v) = r = 1 1 1 ( 0,0, 3) + u( 1,0, 3) + v( 0,1, 3). Enačbo krogle x + y + z a = 0 parametriziramo s sfernimi koordinatami: x = rcosϕcosϑ y= rcosϕsinϑ z = rsinϕ r = a r = r( ϕ, ϑ) r = r( ϕ, ϑ ) = (a cosϕcos ϑ,a cosϕsin ϑ,a sin ϕ) če enega od parametrov fiksiramo, dobimo koordinate krivulje, in sicer dobimo dve družini krivulj 3. Enačba paraboloida r = (u cos v,usin v,u ) Normala na ploskev Če imamo neko ploskev v prostoru, podano parametrično, pogledamo dve koordinatni krivulji, kje se sekata. Tedaj je normalni vektor normalne ravnine enak vektorskem produktu smernih koeficientov krivulj v presečišču: r r r v = ; r u = N = r u r v. Enotski vektor, to v u r je vektor z dolžino 1, v smeri normale pa je enak: u r ν= v. ru rv Če je ploskev podana eksplicitno, potem lahko prevedemo na zgornji primer: r = (x,y,z(x,y)) r z i, j, k rx = = 1,0, z z z rx ry = 1, 0, =,,1 ( p, q,1) r z x = x y ry = = 0,1, y y z 0, 1, y

z z jer označimo s p = ; q =. Vektor v smeri normale je potem enak: N ( p, q,1) y =, ( p, q,1) z z enotski vektor pa zapišemo kot: ν= ; kjer je p = ; q =. 1+ p + q y Če pa imamo ploskev podano implicitno, kot F(x, y, z) = 0, pa postopamo po naslednjem postopku: najprej odvajamo enačbo na x in nato še na y: F F F z z + = 0 p= = z F z F F F z z y + = 0 q = = y z y y F z F F y 1 F F F Vektor v smeri normale je potem enak: x,,1 =,, F F F. Normalo pa lahko y z z z z = gradf gradf sedaj zapišemo kot: N = gradf, enotski vektor pa je enak: ν=. gradf 1. Imamo enačbo: z = x + y ; T(1,1,) normala : p= x q = y N = ( p, q,1) = ( x, y,1) = (,,1) T. loskev je podana z enačbo: r = r(u, v) = ( u + v,3u 3v, uv ); T(6,3, 4); u =, v = 1 r r v = = (, 3, u) = (,3, ) v T r r u = = (,3,v) = (, 3,4) u T i, j, k N = ru rv =, 3, = ( 18, 4, 1) = (9,, 6), 3, 4 enačba normalne premice: r = (6,3, 4) +λ (9,, 6) enačba pritisnjene (tangencialne) ravnine: ( r r0 ) N = 0 9x y 6z = 4

3. Enačba ploskve: x y z + + 1= 0; T(,1, ) 16 4 4 x y z 1 1 1 N = gradf =,, =,, = ( 1,, ) 8 T 4 4 enačba normalne premice: r = (,1, ) +λ 1,, ( ) Vektorska analiza Ločimo dve vrsti polj: skalarno polje: u(f) = u(x,y,z) primeri iz narave: temperatura, gostota plinov tekočin f (r) = f (x, y,z) = f 1(x, y,z), f (x, y,z), f 3(x, y,z) primeri iz narave: gravitacija, magnetno polje, električno polje. vektorsko polje: ( ) Odvod skalarnega polja v dani smeri Če gledamo med dvema točkama T 1, T skalarnega polja, je kvocient funkcijskih vrednosti in u dveh neodvisnih spremenljivk enak, kar pomeni hitrost spreminjanja polja. Ta kvocient TT 1 u(t lahko zapišemo še drugače: ) u(t 1). Z upoštevanjem krajevnih vektorjev točk, TT 1 vektorja e, ki pomeni smer od T 1 do T z velikostjo ena, λ > 0, če gremo v smeri danega vektorja e in Taylorjeve formule dobimo: ut ( ) ut ( 1) ur ( ) ur ( 1) ur ( 1+λe) ur ( 1) = = = TT 1 r r1 λe r = ( x, y, z); r1 = ( x1, y1, z1); e = ( e1, e, e3) ux ( 1+λ e1, y1+λ e, z1+λe3) ux ( 1, y1, z1) = = λ u u u = ux ( 1, y1, z1) + λ e1+ λ e + λ e3+ λ +... u( x1, y1, z1) = y z u u u = e1+ e + e3 + λ+ Lλ +... y z Če izračunamo limito, gredo ostali členi z λ proti nič, ostane pa nam: u u u u u = lim = e1+ e + e3. Če upoštevamo še definicijo gradienta, dobimo: e T T1 TT 1 y z u = grad u e. Zadnja enačba je odvod skalarnega polja v smeri vektorja e z normo 1. e Gradient lahko zapišemo z»nabla«operatorjem kot: u u u grad u =,, =,, u = u, kjer je»nabla«operator =,,. y z y z y z

(x + y + 4z ) 1 u(r) = 10 e ; T 1 ( 1,1, ) v smeri e = (1,1,1) 3 (x + y + 4z ) (x + y + 4z ) (x + y + 4z ) grad u = 10 xe, 4ye, 8ze 4 4 grad u = 10(, 4, 4)e = 0(1,, )e T 4 u 1 4 e ( 0) 5 = e grad u = (1,1,1) ( 0 )(1,, )e = e 3 3 u daj je e u največje? = e gradu cos ϕ e Če izberemo vektor e v smeri grad u, je odvod po absolutni vrednosti največji. Točke v prostoru, kjer je u(r) = c, imenujemo nivojake ploskve. Vektorsko polje in količne v njem Vektorsko polje zapišemo kot: f(r) = ( f 1(r),f (r),f 3(r) ) = ( f 1(x,y,z),f (x,y,z),f 3(x,y,z) ). V prostoru dobimo silnice, ki v vsaki točki podajo smer vektorskega polja. otencialno polje je polje, če je vektorsko polje gradient skalarnega polja. ivergenca omembna količina pri vektorskem polju je divergenca. Računamo jo po formuli: f1 f f divf 3 = + + = f. Ta operacija priredi vektorskemu polju ustrezno skalarno y z polje. 3 f1 f f 3 f (r) = ( xy,zxy,x yz ) divf (r) = + + 3 = y + xyz + x yz y z Rotor Rotor je operacija, ki vektorskemu polju priredi vektorsko polje in nam pove rotacijo. i, j, k f efiniran je kot: 3 f f f1 f3 f rot f f,,,, 1 = = =. y z y z z y f1, f, f3 ( f(r) = xyz,x y,xy z ) i, j, k rot f (r) =,, = xyz 0, y z xy,xy xz = xyz,xy y z,xy xz y z xyz, x y, xy z ( ( ) ) ( )

Vse operacije so linearne, zato velja: a) grad( α u +β v) =α grad u +β grad v b) div( α f +β g) =α div f +β divg rot α f +β g =α rot f +β rot g c) ( ) Več operacij lahko opravimo tudi zaporedoma: u u u a) div grad u = u = + + = u (... La lace-ov operator) y z b) rot grad u = u = 0 Če je vektorska funkcija f oblike f = grad u, potem je rotor enak nič, saj je polje f potencialno. c) grad divf = ( f ) d) div rot f = ( f ) = 0 rot rot f = f e) ( ) ovzetek: grad S preslika v V div V preslika v S rot V preslika v V S... skalarna funkcija V... vektorska funckija

rivuljni integral V prostoru imamo podano krivuljo. Skalarno polje je definirano vzdolž in v okolici krivulje. rivuljni integral prve vrste (v skalarnem polju) je definiran kot limita neskončne vsote: n lim u(t k) sk = u(r)ds. n k = 1 rimeri uporabe: 1. masa zvite vrvi: m = ρ(r)ds 1. težišče: xt = x ρ(r)ds m rivuljni integral računamo po naslednjem postopku: ds = r(t) dt β s u(r)ds = u(r(t)) r(t) dt = u(r(s))ds α 1. Imamo skalarno polje: u(r) = u(x, y, z) = xy :x + y = 4;xy> 0 s 1 če je v naravnem parametru π π π cos t u(r)ds = cos t sin t dt = 4sin ( t) dt = 4 = 0 0 0 = [ ( 1) ( 1) ] = 4. Izračunaj krivuljni integral: :r r(t) = (4cost,4sin t,3t) u(r) = u(x,y,z) = x + y + z r(t) = ( 4sint,4cost,3) r(t) = 5 π 5 u(r)ds = 4cos t 4sin t + 9t 5dt = 7 π 16 π 3 0 ( ) ( ) [ ]

rivuljni integral druge vrste (v vektorskem polju) je definiran za vektorsko polje f(r) dano krivuljo kot: f(r) tds = f(r) dr = f 1()dx+ f ()dy+ f 3()dz t = f(r(t)) r(t)dt t1 rds če upoštevamo: dr = tds; t = ; ds = r dt. r f(r) = (y,x,z) r(t) = (4cost,4sint,3t); 0< t < π in π f (r) dr = ydx + zdy + xdz = 4sin t( sin t)4 + 3t4cos t + 4cos t 3 dt = 16π [ ] 0 otencialno polje je tako vektorsko polje f, ko je krivuljni integral druge vrste neodvisen od poti. Odvisen je le od začetne in končne točke. okaz: f(r) = gradu B u u u f (r) dr = dx + dy + dz = du = u(b) u(a) y z A f(r) dr f (r) = ( y + xy, x + xy,0 ) u = x y+ xy upoštevanje izreka fdr = u(b) u(a) = 0 = direktno računanje: :y= x r(t) = (t,t,0) r(t) = (1,1,0) 1 I = (t + t,t + t,0) (1,1,0)dt = 0

Če je krivuljni integral f(r)dr neodvisen od poti, je polje potencialno, to pomeni, da je f = gradu. okaz: Če gremo od točke A(x 0, y 0,z 0) do točke B(x, y, z) po različnih poteh in definiramo funkcijo u(x,y,z), lahko zapišemo integral po krivulji od A do B kot: u(x, y,z) = f (r)dr = f1dx + fdy + f3dz. Če se premaknemo vzdolž osi x do točke B(x 1 + h,y,z), lahko integral zapišemo kot: u(x + h,y,z) = f(r)dr = u(x + h,y,z) u(x,y,z) = 1 B(x 1 + h,y,z) = f1dx + f dy + f 3 dz = f 1(x,y,z)dx f 1(x, y,z) h [ B,B1 ] = 0 = 0 B(x,y,z) Če enačbo deliko z h dobimo diferenčni količnik, ki je po definiciji enak parcialnemu odvodu funkcije u na x, kar je pravzaprav komponenta f 1 funkcije u: u(x+ h,y,z) u(x,y,z) f(,y,z) 1 ξ h u = f1 u u odobno lahko storimo tudi za komponenti y in z: y = ;z=. Iz tega torej sledi, da je y z u u u naša vektorska funkcija enaka: f =,, = gradu. y z Tako dobimo tri pogoje za določitev potencialnega polja: a) vektorsko polje je gradient skalarnega polja: f = grad u b) integral po krivulji f(r)dr je neodvisen od poti c) rot f = 0 Imaš funkcijo f (x, y,z) ( x yz, y xz, xy) =. reveri, če je polje potencialno in določi potencial. i, j, k rot f (r) =,, = x ( x), y ( y) z ( z) = 0, 0, 0 y z x y, y xz, xy ( ) ( )

3 u x = x yz u = xyz +ϕ (y,z) 3 3 u ϕ y = y xz= xz + ϕ (y,z) = +ψ(z) y y 3 u = xy = xy +ψ '(z) ψ (z) = c z 3 3 x y u = xyz+ + c 3 3 loskovni integral Imamo neko ploskev in skalarno funkcijo u( r). Tedaj lahko ploskovni integral prve vrste n izračunamo kot limito nekončne vsote: lim u(t k) k = u(r)d, če ta limita obstaja. n k = 1 Računamo ga po enačbi: u(r)d = u(x, y, z(x, y)) 1+ p + q ds, kjer je = dxdy pravokotna projekcija ploskve na ravnino xy. Izpeljava: Stranski pogled: projekcija ploskve v območje na xy ravnini k ν γ γ S Odvisnost od kota med ploskvijo in pravokotno projekcijo: S= cosγ, kar lahko zapišemo z vektorji kot: ν k = ν k cosγ. Torej lahko izračunamo kot: S = = cos γ S ν k. Če je dana funkcija kot z = z(x,y), je N = ( p, q,1), kjer je enotski vektor enak: ν= ( p, q,1), 1+ p + q z z p = ;q=. Tedaj je y cos γ= 1. 1+ p + q

S S = = = 1+ p + q S d= 1+ p + q ds. Iz tega pa dobimo cos γ 1 1+ p + q u(r)d = u(x, y,z(x, y)) 1+ p + q ds. = dxdy 1 ( x + y + z ) d;kjer je z= ( x + y );0 z 1 p= x 1 q= y 1+ p + q = 1+ x + y ( ) 1 u(r)d = x + y + x + y 1+ x + y dxdy = π 5 1 4 1 = dϕ r r + r 1+ r dr = π t dt 1 t + ( 1 t ) =... 4 4 0 0 1 Velikokrat pa se zgodi, da je ploskev podana parametrično. Tedaj pa imamo tak nastavek: N= ru rv y z u u u y ( ru rv) k ( r,r,k u v ) y z u u cosγ=ν k= = ( r,r,k u v ) = = = J(u,v) ru rv ru rv v v v y 0 0 1 v v = S cos γ S x y = = ru rv = ru rv u v cos γ J(u, v) dxdy = J(u, v) dudv g(r)d g x(u, v), y(u, v), z(u, v) r r dudv. Integral je enak: = [ ] u v Če uvedemo še: E = ru ru F= rv rv G = ru rv velja: ( ) ( ) ( )( ) ( ) ru rv ru rv = ru ru rv rv ru rv = EG F.

Uporaba ploskovnega integrala prve vrste: 1. masa lupine z debelino 1: m= 1 ρ(x,y,z)d. ploščina ploskve: = d = 1+ p + q dxdy = ru rv dudv 1 3. težišče: xt = x ρ(r)d m z= 1 x + y ; z 0 oloči površino in težišče ploskve z enačbo ( ) p= x q= y 1+ p + q = 1+ 4x + 4y = d = 1+ 4x + 4y dxdy = π 1 5 3 5 1 π t π = dϕ 1+ 4r dr = π t dt = = ( 5 5 1) = b 4 3 6 0 0 1 1 T(0,0,z 0) ( ) z0 = zd = 1 x y 1+ 4x + 4y dxdy = π 1 5 t 1 = dϕ( 1 r ) 1+ 4r rdr = π dt 1 ( t 1) = 4 4 0 0 1 3 5 5 π 5t t π = = ( 5( 5 5 1) 3( 5 5 1) ) = a 8 3 5 8 15 1 a z0 = b

loskovni integral druge vrste Za dano vektorsko polje f (r) in dano ploskev je definiran kot: f(r) νd, kjer je ν normala z normo 1 in kaže iz tiste strani ploskve, po kateri želimo integrirati. omen tega integrala je pretok vektorskega polja skozi ploskev. oznamo tudi ploskve z le eno stranjo: trak papirja ga nekoliko zaviješ in zlepiš skupaj: Računamo po postopku: 1. če je funkcija podana eksplicitno: z= z(x,y) ( p, q,1) ν=± 1+ p + q ( p, q,1) f(r) ν d=± ( f 1,f,f3) 1+ p + q ( f,f,f ) ( ) =± 1 3 p, q,1 dxdy kjer je funkcija odvisna od x,y 1+ p + q dxdy = Če upoštevamo, da lahko komponente enotskega vektorja normale zapišemo še s koti med normalo in osemi x, y, z, potem dobimo: ν = (cos α,cos β,cos γ). ν γ k ν k = 1 1cosγ ν i = 1 1cosα ν j= 1 1cosβ to pomeni, da člen ν d v intregralu lahko zamenjamo s ν d = (cos α,cos β,cos γ)d, kar je enako ( ) dydz,dxdz,dxdy, če upoštevamo zveze: cos γ d = dxdy; cos α d = dydz; cosβ d = dxdz. loskovni integral je tedaj enak: f (r) ν d = f 1(...)dydz + f (...)dxdz + f 3(...)dxdy, kjer moramo upoštevati stran ploskve integracije. ri tem moramo namreč upoštevati predznak.. če je funkcija podana parametrično: r = r(u,v) ru rv f(r) ν d=± ( f 1,f,f3) ru rv dudv = r u r v =± ( f 1,f,f3) ru rvdudv =± ( f, r u, rv) dudv f, r u, rv... mešani produkt ( )

1. Izračunaj integral po zunanji strani plašča storžca z = x + y ;0 z 1 : f (r) ν d = (y z)dydz + (z x)dxdz + (x y)dxdy z= x + y x p = x + y y q = x + y ( p, q,1) 1 x y ν=± =±,,1 1+ p + q 1+ p + q x y x y + + določimo predznak tako, da si izberemo poljubno točko T(1,0,1), kjer je 1 1 0 ν=±,,1 zato izberemo! 1+ p + q 1 1 upoštevamo z = x + y in : x + y = 1 x y 1+ p + q f (r) d ( y z, z x, x y ),,1 ν = x + y x + y 1+ p + q ( x y) x y xy + xz yz + xy + = x y dxdy x y + + = + dxdy = x y x y + + = y x dxdy = ( ) pol. koordinate: x = r cos ϕ ; y = r sin ϕ π 1 = dϕ rsinϕ rcosϕ rdr = 0 0 0 ( ) dxdy =. Izračunaj integral po zunanji strani ploskve f () = (y,, xz) r = r(u,v) = u,u,v ( ) 0 u območje 0 v 3 3 r u = (1,u,0); r v = (0,0,1); f,r u,rv = u ( ) y= x ;0 z 3;0 x 3 3 3 fν d =+ ( u ) dudv = du ( u ) dv = 3(8 4) = 1 0 0

Gaussov izrek Imamo neko telo G, ki ga omejuje ploskev. Če ga integriramo po zunanji strani, dobimo Gaussov izrek, ki pravi, da je ploskovni integral po ploskvi enak trojnem integralu divergence po telesu G: f (r) ν d = div f (r)dv. ri tem mora biti f (r) odvedljiva G funkcija, ploskev odsekovno gladka in telo G brez lukenj. okaz: f f f y z G pogledamo dokaz le za zadnja člena, saj dobimo vsoto integralov, dobimo: f3 [ f 3() ν 3] d= dv z G Izrek lahko zapišemo kot: 1 3 [ f() 1 ν 1+ f () ν + f() 3 ν 3] d= + + dv. Če z (x,y) f3 f = 3 dv = dxdy dz = f3( x, y, z (x, y) ) f3( x, y,z 1(x, y) ) dxdy z z G z 1(x,y) [ 3 3] [ 3 ] [ 3 ] [ 3 ] = f () ν d = f () cos γ d + f () cos γ d + f () cos γ d 1 3 = 0, ker je kot proti z osi 90, to pa pomeni, da je cos γ= 0 [ 3 1 ] [ 3 ] = f (x, y, z (x, y))cos γ d + f (x, y,z (x, y))cos γ d = predznak je zato, ker kaže normalni vektor navzdol: cos γ d = dxdy ri obeh dobimo enaka rezultata. odobno lahko storimo za prvi in drugi člen in dobimo podobna dokaza. Integral po zakljičeni ploskvi včasih označimo tudi s: fd. Če imamo neko telo, ki ima znotraj luknjo, je integral enak vsoti dveh, saj moramo telo razdeliti na dva dela, pri čemer se novo nastali ploskvi paroma odštejeta.

aj pomeni divergenca iz fizikalnega stališča? Osnovni izrek je takšen f (r) ν d = div f (r)dv. Če se omejimo na točko in majhen G volumen V okrog te točke, je telo G zelo majhno, zato lahko zapišemo: div f (r)dv div f ( ξηζ,, ) dv. Torej je divergenca enaka G G V 1 div f (x, y,z) = lim f (r) d V ν, če limitiramo telo G v točko. V primeru, ko je ploskovni integral večji od nič f(r) ν d> 0, potem se vektorsko polje f v telesu povečuje oziroma ima nove izvire. Torej nam integral pove razliko med prihajajočimi in odhajajočimi tokovi skozi telo. ivergenca pa pove hitrost izviranja polja, če je pozitiven integral, oziroma pojemanje, če je integral negativen. V primeru, ko pa je divergenca enaka nič div f = 0, potem pa je polje solenoidno, to pomeni, da je tam polje brez ponorov in izvirov. Takrat je tudi integral enak nič. Ena možna formula za volumen kot posledica Gaussovega izreka, če objema telo G, lahko 1 volumen zapišemo kot: V(G) = rν d; f = r 3.

Greenova formula Za dano ravninsko krivuljo, ki obkroži neko območje velja: g f ( f (x, y)dx + g(x, y)dy) = dxdy y, pri čemer potujemo po krivulji v taki smeri, da je območje na naši levi. To je Greenova formula oziroma Greenov izrek. y= y (x) y= y 1(x) a b okaz: b y (x) b f f Vzemimo najprej: dxdy = dx dy = f ( x, y (x) ) f ( x, y 1(x) ) dx y y a y 1(x) a strani pa vemo, da lahko to zapišemo kot: b a (f,0,0)dr = f(x,y)dx = f ( x,y 1(x) ) dx + f ( x,y (x) ) dx = a b b = f( x,y 1(x) ) f ( x,y (x) ) dx a f f (x, y)dx = dxdy y. o drugi Še enkrat naredimo tako primerjavo za drug člen: d x (y) d g g dxdy = dy dx = g( x (y), y) g ( x 1(y), y) dy c x 1(y) c lahko to zapišemo kot: d d (0,g,0)dr = g(x, y)dy = g ( x 1(y), y) dy + g ( x (y), y) dy = c c d = g( x 1(y),y) g( x (y),y) dy c g g(x, y)dy = dxdy.. o drugi strani pa vemo, da Če seštejemo oba dela označena s puščicama, dobimo Greenovo formulo: g f f (x, y)dx + g(x, y)dy = dxdy y.

Naj bosta funkciji f(x,y) 1 in f (x, y) na območju odvedljivi, so naslednji stavki ekvivalentni: a) rivuljni ntegral f 1(x,y)dx + f (x,y)dy je neodvisen od poti, pri čemer ni nujno, da je krivulja sklenjena. b) rivuljni integral f 1(x,y)dx + f (x,y)dy = 0, po poljubni sklenjeni poti. c) Za neko funkcijo u(x,y) je totalni diferencial: f 1 (x, y)dx + f (x, y)dy = du, če sta: u u f(x,y) 1 = in f (x,y) = x y d) Odvod druge funkcije na prvo spremenljivko je enak odvodu prve funkcije na drugo f spremenljivko: f = 1 y. Stokesova formula Za odvedljivo vektorsko funkcijo f(r) na ploskvi velja: f(r)dr= rotf(r) νd, kjer je rob ploskve in je krivulja orientirana tako, da z vrha normale ν gremo po krivulji v pozitivni smeri, to je v obratni smeri urinega kazalca. To je Stokesov izrek, ki povezuje krivuljni in ploskovni integral. okaz: Če upoštevamo f = (f 1,f,f 3)in ν= ( ν1, ν, ν3), lahko daljše zapišemo Stokesov izrek: f3 f f f1 f3 f1 f 1()dx + f ()dy + f 3()dz = ν 1+ ν + ν 3 d = y z z x x y f3 f f f1 f3 f ( p) ( q) 1 =± + + 1 d y z z y vstavimo enačbo ploskve f1()dx + f ()dy + f 3()dz = z z = f1( x,y,z(x,y) ) dx+ f( x,y,z(x,y) ) dy+ f3( x,y,z(x,y) ) dx+ dy = ' y dz z z = f1( ) + f3( ) dx + f( ) dy f3 dy x + y = ' po Greenovi formuli z z = f( ) dy + f3 f1( ) + f3( ) y y dxdy = f3 f f f1 f3 f ( p) ( q) 1 =± + + 1 d y z z x y

Naj bosta vektorska funkcija f odvedljiva, so naslednji stavki ekvivalentni: a) rivuljni ntegral fdr je neodvisen od poti. b) Zaključeni integral po zaključeni poti fdr = 0,. ' c) ogoj za potencialno polje: f (r) = grad u. d) ogoj za potencialno polje: rot f (r) = 0. Če so izpoljenjeni vsi ti pogoji, je vektorsko polje potencialno.

sdfsdfsf