Chapter 27: Problem 12
Man berechne den Oberflächeninhalt der Fläche \(F\) mit Parametrisierung $$ x(u, v)=\left(\begin{array}{c} \sin ^{2} u \cos v \\ \sin ^{2} u \sin v \\ \sin u \cos u \end{array}\right) \quad u \in[0, \pi], v \in[0,2 \pi] $$
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Chapter 27: Problem 12
Man berechne den Oberflächeninhalt der Fläche \(F\) mit Parametrisierung $$ x(u, v)=\left(\begin{array}{c} \sin ^{2} u \cos v \\ \sin ^{2} u \sin v \\ \sin u \cos u \end{array}\right) \quad u \in[0, \pi], v \in[0,2 \pi] $$
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Die Rotation eines Vektorfeldes der Form \(\boldsymbol{A}\left(x_{1}, x_{2}, x_{3}\right)=\left(\begin{array}{l}A_{1}\left(x_{1}\right) \\\ A_{2}\left(x_{2}\right) \\ A_{3}\left(x_{3}\right)\end{array}\right)\) verschwindet trivialerweise, da in den Komponenten \(\left(\frac{\partial A_{i}}{\partial x_{j}}-\frac{\partial A_{i}}{\partial x_{i}}\right)\) bereits jeder Term für sich verschwindet und damit auch ihre Differenz. Welche Form hat ein Vektorfeld, für das das Gleiche gilt, in Kugelkoordinaten?
Man untersuche, ob die folgenden Kurvenintegrale vom Weg unabhängig sind, und berechne das Integral für den Fall, dass die Kurve \(C\) die geradlinige Verbindungsstrecke von \(a\) nach \(b\) ist. \(I_{1}=\int_{C}\left\\{2 x_{1} \mathrm{~d} x_{1}+x_{3} \mathrm{~d} x_{2}+\left(x_{2}+x_{4}\right) \mathrm{d} x_{3}+x_{3} \mathrm{~d} x_{4}\right\\}\) mit \(\boldsymbol{a}=(0,0,0,0)^{\mathrm{T}}, \boldsymbol{b}=(1,1,0,1)^{\mathrm{T}}\) \- \(I_{2}=\int_{C}\left\\{\pi x \mathrm{e}^{\pi w} \mathrm{~d} w+\mathrm{e}^{\pi w} \mathrm{~d} x+z^{2} \mathrm{~d} y+2 y z \mathrm{~d} z\right\\}\) mit \(a=(1,1,1,1)^{\mathrm{T}}\) und \(\boldsymbol{b}=(1,-1,2,0)^{\mathrm{T}}\)
Durch \(z(x-y)=y^{2}\) ist über der Menat $$ S=\left\\{(x, y) \in \mathbb{R}^{2} \mid 0 \leq x \leq 2,0 \leq y \leq \sqrt{x}\right\\} $$ eine Fläche \(F\) gegeben. Man berechne den Wert des Oberflächenintegrals \(I=\int_{F} y \mathrm{~d} \sigma_{ }\)
Wir betrachten den Bereich \(S \subset \mathbb{R}^{2}\), $$ S=\left\\{(x, y) \mid x \geq 0,0 \leq y \leq x, 1 \leq x^{2}+y^{2} \leq 4\right\\} $$ Über \(S\) ist durch \(z(x, y)=x^{2}+y^{2}\) explizit eine Fläche \(F\) gegeben. Skizzieren Sie die Menge \(S\) und berechnen Sie das Oberflächenintegral \(I=\int_{F} G \mathrm{~d} \sigma\) mit \(G(x, y, z)=\arctan \frac{y}{x}\).
Ein Dipol sind zwei in festem Abstand \(2 a\) zueinander gehaltene gegengleiche (d. h. betragsmäBig gleiche, entgegengesetzte) Ladungen \(\pm q\). Bestimmen Sie jeweils die auf einen Dipol wirkende Kraft \(\boldsymbol{F}\) und Drehmoment \(\boldsymbol{T}=\sum_{i}(\boldsymbol{x}-\tilde{\boldsymbol{x}}) \times \boldsymbol{F}_{i}\) (mit Bezugspunkt \(\tilde{\boldsymbol{x}}\) ) in einem homogenen elektrischen Feld \(\boldsymbol{E}(\boldsymbol{x})=E_{0} \boldsymbol{e}_{3}\), radialen elektrischen Feld $$ \begin{aligned} &\boldsymbol{E}(x)=\frac{1}{4 \pi \varepsilon_{0}} \frac{Q}{r^{2}} e_{r} \\ &\text { mit } Q \gg q \end{aligned} $$ Bestimmen Sie im zweiten Fall Näherungsausdrücke für \(a \ll\) \(\|\tilde{\boldsymbol{x}}\|\). Diskutieren Sie das Verhalten eines drehbaren, beweglichen Dipols in den angegebenen Feldern. (Hinweis: als Bezugspunkt \(\tilde{x}\) für die Bestimmung des Drehmoments wählen Sie günstigerweise den Mittelpunkt der Verbindungslinie der beiden Ladungen.)
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