Jakso 11
Transcription
Jakso 11
763101P Fysiikan matematiikkaa kesä 2015 Jakso 11 Näytä laskut viimeistään torstaina 4.6. tai palauta ne viimeistään perjantaina 5.6. Vektorit ja differentiaalilaskenta 1. Olkoon 3x 2 yz ja F ( y 2 cos x z 3 ) ˆi (2 y sin x 4) ˆj (3xz 2 2) kˆ . Laske a) ( ) ja b) F . 2. Eräässä kaasusysteemissä kaasu virtaa siten, että sen massavirtatiheys μ v , missä on kaasun tiheys ja v sen nopeus, noudattaa yhtälöä μ( x, y) ( x 2 6)ˆi ( y3 2 y)ˆj . Puristuuko kaasu kokoon (tiheys kasvaa) vai laajenekoo se (tiheys pienenee) pisteessä a) (3, 4) b) (6,1) c) Missä pisteissä y-akselilla kaasu ei puristu kokoon eikä laajene? Ohje: Laske divergenssi ja tee päätelmät kontinuiteettiyhtälön perusteella. 3. Kuvataan veden virtausnopeutta vektorikentällä V( x, y) ( x2 y 2 3 y 1)ˆi (3x 3)ˆj . a) Missä pisteissä virtausnopeus on nolla? b) Kiertyykö vesimassaa kyseisten pisteiden ympäri. Vektori-integrointi 4. On annettu vektorifunktio R(u) (1 2u) ˆi 3u 2 ˆj 3 kˆ . Etsi se integraalifunktio R(u)du , joka parametrin u arvolla u 1 on z-akselin suuntainen yksikkövektori. 5. Laske polkuintegraali C F dr vektorikentässä F( x, y) y 2 ˆi 2 xy ˆj pisteestä (0,0) pisteeseen (1,1) pitkin a) suoraa y x , b) käyrää y x 2 ja c) koordinaattiakseleiden suuntaisesti ensin (0,0) (0,1) ja sitten (0,1) (1,1) 6. Laske vektorifunktion F (2 y 3) ˆi xz ˆj ( yz x) kˆ polkuintegraali C F dr pisteestä (0, 0, 0) pisteeseen (1,1, 2) pitkin seuraavia polkuja: a) x t 2 , y t ja z 2t 3 , pisteestä t 0 pisteeseen t 1 b) koordinaattiakseleiden suuntaisesti reittiä (0,0,0) (1,0,0) (1,1,0) (1,1, 2) Vastaukset 1. a) 6 b) 0 2. a) 52 0 eli tiheys pienenee, ts. kaasu laajenee t 11 0 eli tiheys kasvaa, ts. kaasu puristuu kokoon t 2 0 y-akselilla pisteissä y 3 t b) c) 3. a) Nopeus on nolla pisteissä (1, 0) ja (1,3) b) Vesimassaa kiertyy pisteen (1, 0) ympäri. 1.0 4.0 0.5 3.5 0.0 3.0 0.5 2.5 2.0 1.0 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 4. (u u 2 )ˆi (u 3 1)ˆj (4 3u)kˆ 5. integraalin arvo on 1 pitkin kaikkia annettuja polkuja 6. 544 5, 2 a) 105 b) 3 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0