y Esto se consigue completando el circuito con los segmentos de recta BO y OA. La curva de borde, C, est orientada en el sentido de las agujas del reloj cuando se mira a lo largo del eje y positivo. ltima edicin el 14 de julio de 2019. De 2 Con respecto a C2, el vector de posicin del segmento BO se expresa porr (t) = (0, ( 2/2) t, ( 2/2) t), donde 0 t 2/2. Supongamos que F(x,y,z)=P,Q,RF(x,y,z)=P,Q,R es un campo vectorial con funciones componentes que tienen derivadas parciales continuas. 8. donde C tiene la parametrizacin r(t)=sent,0,1cost,0t<2 .r(t)=sent,0,1cost,0t<2 . 2 En el cuadrado, podemos utilizar la forma de flujo del teorema de Green: Para aproximar el flujo en toda la superficie, sumamos los valores del flujo en los pequeos cuadrados que aproximan pequeas partes de la superficie (Figura 6.80). Para demostrar el teorema de Green de una manera sencilla, esta tarea se desglosar en 2 partes. [T] Utilice un CAS y el teorema de Stokes para evaluar S(rizoF.N)dS,S(rizoF.N)dS, donde F(x,y,z)=x2 yi+xy2 j+z3kF(x,y,z)=x2 yi+xy2 j+z3k y C es la curva de interseccin del plano 3x+2 y+z=63x+2 y+z=6 y el cilindro x2 +y2 =4,x2 +y2 =4, orientado en el sentido de las agujas del reloj cuando se ve desde arriba. Sea una superficie suave orientada en con frontera .Si un campo vectorial = ((,,), (,,), (,,)) est definido y tiene derivadas parciales continuas en una regin abierta que contiene a entonces = de manera ms explcita, la igualdad anterior dice que (+ +) = [() + + ()]Aplicaciones Ecuaciones de Maxwell. De donde se toman las funciones correspondiente a f y g, f ( x , y ) = x3 g ( x , y ) = yx, df/dy = 0 dg/dx = y. Es importante definir las funciones que conforman los lmites de la regin C, para poder armar el producto de diferenciales que cubrir por completo la regin. \oint, start subscript, start color #bc2612, C, end color #bc2612, end subscript, P, d, x, plus, Q, d, y, equals, \iint, start subscript, start color #bc2612, R, end color #bc2612, end subscript, left parenthesis, start fraction, \partial, Q, divided by, \partial, x, end fraction, minus, start fraction, \partial, P, divided by, \partial, y, end fraction, right parenthesis, d, A, start fraction, \partial, Q, divided by, \partial, x, end fraction, start fraction, \partial, Q, divided by, \partial, y, end fraction, \oint, start subscript, start color #bc2612, C, end color #bc2612, end subscript, start color #0c7f99, start bold text, F, end bold text, end color #0c7f99, dot, d, start bold text, r, end bold text, equals, \iint, start subscript, start color #bc2612, R, end color #bc2612, end subscript, start text, r, o, t, space, 2, d, end text, start color #0c7f99, start bold text, F, end bold text, end color #0c7f99, d, A, start color #0c7f99, start bold text, F, end bold text, end color #0c7f99, left parenthesis, x, comma, y, right parenthesis, start color #bc2612, C, end color #bc2612, start color #0c7f99, start bold text, F, end bold text, end color #0c7f99, start color #bc2612, R, end color #bc2612, P, left parenthesis, x, comma, y, right parenthesis, Q, left parenthesis, x, comma, y, right parenthesis, left parenthesis, 3, comma, minus, 2, right parenthesis, \oint, start subscript, start color #bc2612, C, end color #bc2612, end subscript, 3, y, d, x, plus, 4, x, d, y, P, left parenthesis, x, comma, y, right parenthesis, equals, Q, left parenthesis, x, comma, y, right parenthesis, equals, start fraction, \partial, Q, divided by, \partial, x, end fraction, equals, start fraction, \partial, P, divided by, \partial, y, end fraction, equals, \iint, start subscript, start color #bc2612, R, end color #bc2612, end subscript, left parenthesis, start fraction, \partial, Q, divided by, \partial, x, end fraction, minus, start fraction, \partial, P, divided by, \partial, y, end fraction, right parenthesis, d, A, equals, f, left parenthesis, x, right parenthesis, equals, left parenthesis, x, squared, minus, 4, right parenthesis, left parenthesis, x, squared, minus, 1, right parenthesis, g, left parenthesis, x, right parenthesis, equals, 4, minus, x, squared, start color #bc2612, D, end color #bc2612, \oint, start subscript, start color #bc2612, D, end color #bc2612, end subscript, x, squared, y, d, x, minus, y, squared, d, y, y, equals, left parenthesis, x, squared, minus, 4, right parenthesis, left parenthesis, x, squared, minus, 1, right parenthesis, integral, start subscript, x, start subscript, 1, end subscript, end subscript, start superscript, x, start subscript, 2, end subscript, end superscript, integral, start subscript, y, start subscript, 1, end subscript, left parenthesis, x, right parenthesis, end subscript, start superscript, y, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, x, right parenthesis, end superscript, dots, d, y, d, x, x, start subscript, 1, end subscript, equals, x, start subscript, 2, end subscript, equals, y, start subscript, 1, end subscript, left parenthesis, x, right parenthesis, equals, y, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, x, right parenthesis, equals, start fraction, \partial, Q, divided by, \partial, x, end fraction, minus, start fraction, \partial, P, divided by, \partial, y, end fraction, minus, left parenthesis, start fraction, \partial, Q, divided by, \partial, x, end fraction, minus, start fraction, \partial, P, divided by, \partial, y, end fraction, right parenthesis, equals, start fraction, \partial, P, divided by, \partial, y, end fraction, minus, start fraction, \partial, Q, divided by, \partial, x, end fraction, \oint, start subscript, start color #bc2612, D, end color #bc2612, end subscript, x, squared, y, d, x, minus, y, squared, d, y, equals, \iint, start subscript, start color #bc2612, R, end color #bc2612, end subscript, left parenthesis, start fraction, \partial, Q, divided by, \partial, x, end fraction, minus, start fraction, \partial, P, divided by, \partial, y, end fraction, right parenthesis, d, A, left parenthesis, start fraction, \partial, Q, divided by, \partial, x, end fraction, minus, start fraction, \partial, P, divided by, \partial, y, end fraction, right parenthesis, equals, 1, \iint, start subscript, start color #bc2612, R, end color #bc2612, end subscript, left parenthesis, start fraction, \partial, Q, divided by, \partial, x, end fraction, minus, start fraction, \partial, P, divided by, \partial, y, end fraction, right parenthesis, d, A, right arrow, \iint, start subscript, start color #bc2612, R, end color #bc2612, end subscript, d, A, equals, start text, A, with, \', on top, r, e, a, space, d, e, space, end text, start color #bc2612, R, end color #bc2612, start fraction, \partial, Q, divided by, \partial, x, end fraction, minus, start fraction, \partial, P, divided by, \partial, y, end fraction, equals, 1, 0, is less than or equal to, t, is less than or equal to, 2, pi, left parenthesis, 0, comma, 0, right parenthesis, left parenthesis, 2, pi, comma, 0, right parenthesis, \oint, start subscript, start color #bc2612, C, end color #bc2612, end subscript, start underbrace, minus, start fraction, 1, divided by, 2, end fraction, y, d, x, end underbrace, start subscript, P, d, x, end subscript, plus, start underbrace, start fraction, 1, divided by, 2, end fraction, x, d, y, end underbrace, start subscript, Q, d, y, end subscript, \oint, start subscript, start color #bc2612, C, end color #bc2612, end subscript, start fraction, 1, divided by, 2, end fraction, left parenthesis, x, d, y, minus, y, d, x, right parenthesis, integral, start fraction, 1, divided by, 2, end fraction, left parenthesis, x, start underbrace, d, y, end underbrace, start subscript, 0, end subscript, minus, start underbrace, y, end underbrace, start subscript, 0, end subscript, d, x, right parenthesis, x, left parenthesis, t, right parenthesis, equals, t, cosine, left parenthesis, t, right parenthesis, y, left parenthesis, t, right parenthesis, equals, t, sine, left parenthesis, t, right parenthesis, integral, start subscript, start text, E, s, p, i, r, a, l, end text, end subscript, start fraction, 1, divided by, 2, end fraction, left parenthesis, x, d, y, minus, y, d, x, right parenthesis, equals. Supongamos que F(x,y,z)=xyi+2 zj2 ykF(x,y,z)=xyi+2 zj2 yk y supongamos que C es la interseccin del plano x+z=5x+z=5 y el cilindro x2 +y2 =9,x2 +y2 =9, que se orienta en sentido contrario a las agujas del reloj cuando se mira desde arriba. Ms precisamente, el teorema de Stokes establece que la integral de la componente normal del rotacional de un campo vectorial F sobre una supercie S es igual a la integral de la componente tangencial de F alrededor de la frontera C de S (Figura1). Sin embargo, como nuestra curva est orientada en sentido de las manecillas del reloj, tomamos el negativo de esto: Al usar las respuestas de las dos preguntas anteriores y sustituir este valor en la integral doble que estableciste, encuentra la respuesta al problema original de la integral de lnea: Como en el ejemplo 1, parte de la razn por la cual esta integral de lnea se hizo ms sencilla es que los trminos se simplificaron una vez que vimos las derivadas parciales apropiadas. Matemticas TEOREMA DE STOKES Ejercicios Resueltos ENUNCIADO DEL TEOREMA . 2.1. 2 Como el campo magntico no cambia con respecto al tiempo, Bt=0.Bt=0. Formas vectoriales del Teorema de Green 15 Cap tulo 2. Para iniciar sesin y utilizar todas las funciones de Khan Academy tienes que habilitar JavaScript en tu navegador. $$$\int_S rot(F)dS=\int_S rot(F(\sigma(x,y)))dS=$$$ Por lo tanto, hemos verificado el teorema de Stokes para este ejemplo. Teorema de Stokes Sea S una superfcie del espacio y C su frontera (o lmites), y sea F: S R 3 R 3 una funcin diferenciable en S, entonces C F d L = S r o t ( F) d S Este teorema nos puede resolver problemas de integracin cuando la curva en la que tenemos que integrar es complicada. Listado de ejercicios de Teorema de Green, teorema de Gauss y teorema de Stokes. Utilice el teorema de Stokes para calcular SrizoF.dS,SrizoF.dS, donde F(x,y,z)=i+xy2 j+xy2 kF(x,y,z)=i+xy2 j+xy2 k y S es una parte del plano y+z=2 y+z=2 dentro del cilindro x2 +y2 =1x2 +y2 =1 y orientado en sentido contrario a las agujas del reloj. dv Problema n 1 Verificar el teorema de Stokes si F = (x, y, z) y S es la superficie z = x + y, z 1. Figura 1. $$$=(z^2+x,0-0,-z-3)$$$, Calculamos ahora la integral con la parametrizacin de la curva $$C$$: $$\gamma(t)=(2\cdot\cos(t),2\cdot\sin(t),2), \mbox{ para } t\in[0,2\pi]$$. En realidad hay varios pares de funciones que satisfacen esto. Supongamos que S es una superficie y supongamos que D un pequeo trozo de la superficie de forma que D no comparte ningn punto con el borde de S. Elegimos que D sea lo suficientemente pequeo como para que pueda ser aproximado por un cuadrado orientado E. Supongamos que D hereda su orientacin de S, y damos a E la misma orientacin. Para explicar los pasos a aplicar en la regla de Ruffini vamos a tomar dos ejemplos: f Los/las mejores profesores/as de Matemticas que estn disponibles. Y de aqu, desarrolla cada pedazo de la integral de lnea, del rotacional, etc. Por un diferencial de rea que no es ms que el producto de ambos diferenciales bidimensionales (dx.dy). 5 Repaso sobre el Teorema de Green. Una consecuencia sorprendente del teorema de Stokes es que si S es cualquier otra superficie lisa con borde C y la misma orientacin que S, entonces SrizoF.dS=CF.dr=0SrizoF.dS=CF.dr=0 porque el teorema de Stokes dice que la integral de superficie depende solo de la integral de lnea alrededor del borde. En otras palabras, el lado derecho de FF es la misma curva que el lado izquierdo de E, solo que orientada en la direccin opuesta. Tome el paraboloide z=x2 +y2 ,z=x2 +y2 , para 0z4,0z4, y crtelo con el plano y=0.y=0. En general, la ecuacin, no es suficiente para concluir que rizoE=Bt.rizoE=Bt. Los momentos de inercia de muchos cuerpos sometidos a fuerzas externas en diferentes puntos de aplicacin, tambin responden a integrales de lnea desarrollables con el teorema de Green. En un momento dado t, la curva C(t)C(t) puede ser diferente de la curva original C debido al movimiento del alambre, pero suponemos que C(t)C(t) es una curva cerrada para todos los tiempos t. Supongamos que D(t)D(t) es una superficie con C(t)C(t) como su borde, y un orientacin C(t)C(t) por lo que D(t)D(t) tiene una orientacin positiva. cos t + a 2 4 sen t cos t ] dt = a 2 8 (a + 4). Este libro utiliza la Compruebe que el teorema de Stokes es cierto para el campo vectorial F(x,y,z)=y,x,zF(x,y,z)=y,x,z y la superficie S, donde S es la parte orientada hacia arriba de el grfico de f(x,y)=x2 yf(x,y)=x2 y sobre un tringulo en el plano xy con vrtices (0,0),(0,0), (2 ,0),(2 ,0), y (0,2 ). El teorema de Green es un caso especial en del teorema de Stokes. T] Utilice un CAS y el teorema de Stokes para aproximar la integral de lnea C[(1+y)zdx+(1+z)xdy+(1+x)ydz],C[(1+y)zdx+(1+z)xdy+(1+x)ydz], donde C es un tringulo con vrtices (1,0,0),(1,0,0), (0,1,0),(0,1,0), y (0,0,1)(0,0,1) orientado en sentido contrario a las agujas del reloj. 7.6. Ahora que hemos conocido el teorema de Stokes, podemos hablar de sus aplicaciones en el mbito del electromagnetismo. Ejercicios de Teorema de Green, teorema de Gauss y teorema de Stokes. No existe una manera nica de definir los lmites de integracin al aplicar el teorema de Green. estn autorizados conforme a la, Ecuaciones paramtricas y coordenadas polares, rea y longitud de arco en coordenadas polares, Ecuaciones de lneas y planos en el espacio, Funciones de valores vectoriales y curvas en el espacio, Diferenciacin de funciones de varias variables, Planos tangentes y aproximaciones lineales, Integrales dobles sobre regiones rectangulares, Integrales dobles sobre regiones generales, Integrales triples en coordenadas cilndricas y esfricas, Clculo de centros de masa y momentos de inercia, Cambio de variables en integrales mltiples, Ecuaciones diferenciales de segundo orden, Soluciones de ecuaciones diferenciales mediante series. Demostraci on del Teorema de Stokes para gr a cas 20 2. A continuacin estudiaremos algunos ejemplos de cada tipo de traduccin. z Por lo tanto, los mtodos que hemos aprendido en las secciones anteriores no son tiles para este problema. EJERCICOS Calcular , donde es la frontera del cuadrado [1, 1] [1, 1] orientada en sentido contrario al de las . Teorema de Stokes 55 TEOREMAS DE STOKES Y GAUSS El teorema de Stokes puede aplicarse a muchas mas supercies que las parametricas simples que guran en su enunciado. CAPITULO V. EJERCICIOS DESARROLLADOS DEL TEOREMA DE GREEN Y STOKES TEOREMA DE GREEN. Podemos quitar todos los . Solucin. Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike License $$$\int_C F\cdot dL=\int_0^{2\pi} F(\gamma(t))\cdot \gamma'(t)dt=\int_0^{2\pi} (6\sin(t),-4\cos(t),8\sin(t))\cdot(-2\sin(t),2\cos(t),0)dt=$$$ El Equipo Editorial de lifeder.com est formado por especialistas de las distintas disciplinas que se tratan y por revisores encargados de asegurar la exactitud y veracidad de la informacin publicada. Los vectores tangentes son tx=1,0,gxtx=1,0,gx y ty=0,1,gy,ty=0,1,gy, y por lo tanto, txty=gx,gy,1.txty=gx,gy,1. El teorema de Green se llama as por el cientfico britnico George Green, y resulta ser un caso especial del ms general teorema de Stokes. Demostraci on de Stokes (caso general, super cies parametrizadas . Por el teorema de Stokes. Utilice el teorema de Stokes para el campo vectorial F(x,y,z)=zi+3xj+2 zkF(x,y,z)=zi+3xj+2 zk donde S es la superficie z=1x2 y2 ,z0,z=1x2 y2 ,z0, C es el crculo de borde x2 +y2 =1,x2 +y2 =1, y S est orientado en la direccin z positiva. Con el teorema de Stokes, podemos convertir la integral de lnea en forma integral en integral de superficie, Dado que (t)=D(t)B(t).dS,(t)=D(t)B(t).dS, entonces, mientras la integracin de la superficie no vare con el tiempo, tambin tenemos, Para derivar la forma diferencial de la ley de Faraday, queremos concluir que rizoE=Bt.rizoE=Bt. [T] Utilice un CAS y el teorema de Stokes para evaluar SrizoF.dS,SrizoF.dS, donde F(x,y,z)=z2 i3xyj+x3y3kF(x,y,z)=z2 i3xyj+x3y3k y S es la parte superior de z=5x2 y2 z=5x2 y2 sobre el plano z=1,z=1, y S est orientada hacia arriba. 2 Despus de hacer esto un par de veces, es suficientemente natural hacerlo en tu cabeza. que corresponde precisamente al teorema de Green. Esto tiene mltiples funcionalidades en los estudios de resistencia de materiales bajo uso. Teorema de Stokes Teorema 2.1 (Stokes). Supongamos que S es la semiesfera x2 +y2 +z2 =4x2 +y2 +z2 =4 con la z0,z0, orientado hacia arriba. $$$=\lbrace \mbox{la integral del coseno entre } 0 \mbox{ y } 2\pi \mbox{ vale cero}\rbrace=$$$ 2 Har unos comentarios despus de cada ejemplo para ayudarte a extraer la intuicin detrs de cada uno. $$$rot(F)=\Big(\dfrac{d}{dy}F_3-\dfrac{d}{dz}F_2,\dfrac{d}{dz}F_1-\dfrac{d}{dx}F_3,\dfrac{d}{dx}F_2-\dfrac{d}{dy}F_2\Big)=$$$ Por lo tanto, la integral de flujo de G no depende de la superficie, solo del borde de la misma. R ( N. x. La expresin del Teorema de Green es la siguiente: En el primer trmino se observa la integral de lnea definida por la trayectoria C, del producto escalar entre la funcin vectorial F y el del vector r.
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