0 Daumen
714 Aufrufe

Aufgabe: Berechnen Sie das Kurvenintergral I = \( \int\limits_{l}^{} \) (xy dx - 2x dy) über die Ellipse x2 + 4y2 = 4 auf einem geschlossenen Weg nach P1(2; 0) zurück. Anfangspunkt ist bei P2(0; 2).

Problem/Ansatz: Hey, kann mir jemand bei dieser Aufgabe weiterhelfen. Ich kann nichts hilfreiches zu Kurvenintergralen mit einem geschlossenen Weg finden, wenn das Intergral wegabhängig ist. Wie geht man bei einer solchen Aufgabe vor?

Mit freundlichen Grüßen

Avatar von

1 Antwort

+2 Daumen
 
Beste Antwort

Aloha :)

Du brauchst zunächst einen Ortsvektor \(\vec r\), der alle Punkte der Ellipse abtastet. Dafür formen wir die Ellipsengleichung etwas um$$x^2+4y^2=4\quad\Longleftrightarrow\quad\frac{x^2}{4}+\frac{y^2}{1}=1$$und lesen die beiden Halbachsen \(a=\sqrt4=2\) und \(b=\sqrt1=1\) ab.

Den Ortsvektor \(\vec r\) können wir nun in Polarkoordinaten angeben:$$\vec r=\binom{2\cos\varphi}{\sin\varphi}\quad;\quad\varphi\in[0;2\pi]$$

Das Intervall für den Polarwinkel \(\varphi\) haben wir so gewählt, dass Anfangs- und Endpunkt gleich sind:$$\vec r(\varphi=0)=\binom{2}{0}\quad;\quad\vec r(\varphi=2\pi)=\binom{2}{0}$$

Nun kannst du das gesuchte Kurvenintegral wie folgt bestimmen:$$I=\int\limits_{\ell}(xy\,dx-2x\,dy)=\int\limits_{\ell}\binom{xy}{-2x}\binom{dx}{dy}=\int\limits_{\ell}\binom{xy}{-2x}\,d\vec r$$

Mittels Substitution gehen wir zu der Parametrisierung von oben über:$$I=\int\limits_{\varphi=0}^{2\pi}\binom{x(\varphi)\cdot y(\varphi)}{-2\cdot x(\varphi)}\,\frac{d\vec r(\varphi)}{d\varphi}\,d\varphi=\int\limits_{\varphi=0}^{2\pi}\binom{2\cos\varphi\cdot\sin\varphi}{-2\cdot2\cos\varphi}\binom{-2\sin\varphi}{\cos\varphi}\,d\varphi$$$$\phantom I=\int\limits_{\varphi=0}^{2\pi}(-4\sin^2\varphi\cos\varphi-\pink{4\cos^2\varphi})\,d\varphi=\int\limits_{\varphi=0}^{2\pi}(-4\sin^2\varphi\cos\varphi-\pink{\left(2+2\cos(2\varphi)\right)})\,d\varphi$$$$\phantom I=\left[-\frac43\sin^3\varphi-\left(2\varphi+\sin(2\varphi)\right)\right]_{\varphi=0}^{2\pi}=-4\pi$$

Avatar von 152 k 🚀

Vielen lieben Dank !! Ich habe es endlich verstanden.

Was bedeutet dann Anfangspunkt (0,2) und überhaupt P1 und P2 in der Aufgabenstellung??

Ich denke, das ist ein Tippfehler. Bei einem geschlossenen Weg muss natürlich P1=P2 sein.

Ja genau, sorry ist ein Tippfehler, wir haben nur P1.

Ein anderes Problem?

Stell deine Frage

Willkommen bei der Mathelounge! Stell deine Frage einfach und kostenlos

x
Made by a lovely community