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Aufgabe:

Bestimme den Fluss (von innen nach außen) des Vektorfelds

\vec{v}(\vec{x}) = \( \begin{pmatrix} y - z\\z+x\\x^2 + z^3 \end{pmatrix} \)


durch die Oberfläche k^' = {\( \vec{x} ∈ ℝ^3 | |\vec{x}| = 1\) } der Einheitskugel K = {\( \vec{x} ∈ ℝ^3 | |\vec{x}| ≤ 1\) }, d.h. bestimme

\( \int\limits_{}^{} \)\( \int\limits_{}^{} \) \( \vec{v} \) \( \vec{n} \) dO


Problem/Ansatz:

Ich glaube man kann die Aufgaben mit Hilfe von Gaußscher Integralsatz:

Da

\( \int\limits_{}^{} \)\( \int\limits_{}^{} \) \( \vec{v} \) \( \vec{n} \) dO = \( \int\limits_{}^{} \)\( \int\limits_{}^{} \) \(div \vec{v} \) dV

aber ich weiß nicht wie kann ich weiter machen.

Ich habe div v bestimmt aber wie macht man weiter?

Danke :)

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Aloha :)

Du bist auf dem richtigen Weg. Ich steige da ein, wo du stehst:

$$\Phi=\iint\limits_{\delta V}\vec v\,d\vec f=\iiint\limits_V\operatorname{div}\vec v\,dV$$In Kugelkoordinaten beschreiben wir die Einheitskugel durch:$$r\in[0;1]\quad;\quad\varphi\in[0;2\pi]\quad;\quad\vartheta\in[0;\pi]\quad;\quad dV=r^2\sin\vartheta\,dr\,d\varphi\,d\vartheta$$

Die Divergenz des Vektorfeldes lautet:$$\operatorname{div}\vec v=0+0+3z^2=3z^2=3(r\cos\vartheta)^2=3r^2\cos^2\vartheta$$

Damit erhalten wir zum Ausrechnen:$$\Phi=\int\limits_{r=0}^1\;\int\limits_{\varphi=0}^{2\pi}\;\int\limits_{\vartheta=0}^{\pi}3r^2\cos^2\vartheta\cdot r^2\sin\vartheta\,dr\,d\varphi\,d\vartheta=3\int\limits_{0}^1r^4\,dr\int\limits_{0}^{2\pi}d\varphi\int\limits_{0}^{\pi}\cos^2\vartheta\sin\vartheta\,d\vartheta$$$$\phantom{\Phi}=3\cdot\left[\frac{r^5}{5}\right]_0^1\cdot\left[\varphi\right]_0^{2\pi}\cdot\left[-\frac13\cos^3\vartheta\right]_0^\pi=\frac15\cdot2\pi\cdot\left(-\cos^3\pi+\cos^30\right)=\frac{4\pi}{5}$$

Avatar von 152 k 🚀

vielen dank :)

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