+1 Daumen
321 Aufrufe

Wir haben folgende Aufgabe bekommen und sollen diese OHNE Integralsätze lösen. Mit Integralsätzen kommen wir auf die Lösung: \(\frac{3}{4} π\)

Die Aufgabe lautet:
Berechnen Sie die das folgende Linienintegral:

\(\int\limits_{C}^{}\textbf{F} d \textbf{S}\)   mit   \(\textbf{F}=\begin{pmatrix} x-2y^2z\\x^3-z^2\\x^2+y^2 \end{pmatrix}\)

wobei die Kurve C durch den Schnitt der beiden Flächen \(z^2=x^2+y^2\) und \(z=\frac{1}{x^2+y^2}\)


Vielen Dank im Vorraus. LG

Avatar von

1 Antwort

+2 Daumen
 
Beste Antwort

Aloha :)

Wir brauchen zuerst eine vernünftige Parametrisierung des Weges \(C\):$$x^2+y^2=z^2=\frac{1}{(x^2+y^2)^2}\quad\Leftrightarrow\quad(x^2+y^2)^3=1\quad\Leftrightarrow\quad x^2+y^2=1$$\(C\) ist also ein Kreis mit Radius \(1\) parallel zur \(xy\)-Ebene auf der Höhe \(z=\frac{1}{x^2+y^2}=1\). Eine mögliche Parametrisierung in Polarkoordinaten lautet:$$C:\;\vec r(\varphi)=\left(\begin{array}{c}\cos\varphi\\\sin\varphi\\1\end{array}\right)\quad;\quad\varphi\in[0;2\pi]$$Als Integral erhalten wir:

$$I=\int\limits_C\vec F\,d\vec S=\int\limits_0^{2\pi}\vec F\,\frac{d\vec r}{d\varphi}\,d\varphi=\int\limits_0^{2\pi}\left(\begin{array}{c}\cos\varphi-2\sin^2\varphi\\\cos^3\varphi-1\\1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}-\sin\varphi\\\cos\varphi\\0\end{array}\right)d\varphi$$$$\phantom{I}=\int\limits_0^{2\pi}\left(-\sin\varphi\cos\varphi+2\sin^3\varphi+\cos^4\varphi-\cos\varphi\right)d\varphi=\cdots=\frac{3}{4}\pi$$Ich habe mir gespart, die Rechnung hier zu tippen, schließlich möchte ich euch die Freude am Ausrechnen nicht nehmen ;) Der einzige nicht-verschwindende Beitrag ist das Integral über \(\cos^4\varphi\).

Avatar von 152 k 🚀

Wow! Vielen Dank! Ist für mich gut nachvollziehbar und das noch dazu in Rekordzeit. Einfach Spitze!

Ein anderes Problem?

Stell deine Frage

Willkommen bei der Mathelounge! Stell deine Frage einfach und kostenlos

x
Made by a lovely community