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Aufgabe:

(ii) Sei \( F=\left\{\left(\begin{array}{l}z \\ y\end{array}\right) \in \mathbb{R}^{3}: z=1-x-y, x \geq 0, y \geq 0, z \geq 0\right\} \) und \( v(x, y, z)=\left(\begin{array}{c}0 \\ x+y \\ z\end{array}\right) \).


Berechnen Sie
\( \int \limits_{F} v d O \)



Meine Lösung wäre:


meineloesungwaere2update.png

Problem/Ansatz:

Hallo zusammen!

Ich versuche diese Frage schon ewig zu lösen, aber bin mir nicht wirklich sicher ob es so stimmt. Wenn nicht, dann bitte könnt ihr mir dabei helfen, wie ich da hier weiterrechnen soll.

Danke!

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Ist die Fläche \(F\) tatsächlich so angegeben?
Nur zwei Koordinaten? \(z\) über \(y\)?

Ja, genau, es ist eigentlich so angegeben

1 Antwort

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Aloha :)

Überlege dir zuerst einen Ortsvektor \(\vec r\), der alle Punkte der Fläche \(F\) abtastet. Dabei ermittelst du insbesondere die nötigen Integrationsintervalle, die in deiner Rechnung fehlen. Beachte, dass alle Koordinaten \(\ge0\) sein müssen. Damit dies auch für die \(z\)-Koordinate gilt, muss gelten:$$z=1-x-y=1-(x+y)\stackrel{!}{\ge0}\implies(x+y)\le1$$Wir können also zunächst \(x\in[0;1]\) frei wählen, sind danach aber bei der Wahl von \(y\) auf das Intervall \([0;1-x]\) eingeschränkt :$$\vec r(x;y)=\begin{pmatrix}x\\y\\1-x-y\end{pmatrix}\quad;\quad x\in[0;1]\quad;\quad y\in[0;1-x]$$

Das Flächenelement \(d\vec f\) am Ort \(\vec r(x;y)\) lautet nun:$$d\vec f=\left(\frac{\partial \vec r}{\partial x}\times\frac{\partial\vec r}{\partial y}\right)dx\,dy=\begin{pmatrix}1\\0\\-1\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}0\\1\\-1\end{pmatrix}\,dx\,dy=\begin{pmatrix}1\\1\\1\end{pmatrix}dx\,dy$$

Das gesuchte Flussintegral über das Vektorfeld \(\vec v\) ist daher:$$\phi=\int\limits_{x=0}^1\int\limits_{y=0}^{1-x}\begin{pmatrix}0\\x+y\\z=1-x-y\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1\\1\\1\end{pmatrix}dx\,dy=\int\limits_{x=0}^1\int\limits_{y=0}^{1-x}(x+y+1-x-y)\,dx\,dy$$$$\phantom\phi=\int\limits_{x=0}^1\int\limits_{y=0}^{1-x}dx\,dy=\int\limits_{x=0}^1\left[y\right]_{y=0}^{1-x}dx=\int\limits_0^1(1-x)\,dx=\left[x-\frac{x^2}{2}\right]_0^1=1-\frac12=\frac12$$

Avatar von 152 k 🚀

\(z=1-x-y=1-(x+y)\stackrel{!}{\ge0}\implies(x+y)\le1\) haben wir hier grenzen für y bestimmt ?

Zunächst haben wir die Summe aus \(x\) und \(y\) nach oben beschränkt:$$x+y\le1$$Wegen \(x\ge0\) können wir also zuerst ein \(x\) mit \(0\le x\le1\) frei wählen. Haben wir dieses \(x\) gewählt, lautet die verbliebene Forderung an \(y\) noch:$$y\le1-x$$Dadurch wird die Wahl von \(y\) nach oben begrenzt. Nach unten ist sie bereits durch die Forderung \(y\ge0\) beschränkt.

Perfekt, Jetzt ist es mir klar! Ich danke dir!

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