Здравствуйте, oligator.a.y !
Даны: Векторное поле a
[$8594$] = 5·(x
2 - y
2)·i
[$8594$] + 6·(y
2 - z
2)·j
[$8594$] + 9·(z
2 - x
2)·k
[$8594$] и замкнутая поверхность S ,
ограниченная плоскостями Z
1 = 4 , Z
2 = 8 и вертикальной трубой x
2 + y
2 = 49 .
Вычислить Поток векторного поля через замкнутую поверхность S в направлении внешней нормали.
Решение начинаем с чертежа (прилагаю). На рис1 видим, что заданную замкнутую поверхность S можно квалифицировать как цилиндр, расположенный в первых 4х октантах 3х-мерной системы координат OXYZ (см
ru.wikipedia.org/wiki/Октант (Ссылка) ).
Боковая поверхность нашего цилиндра - это вертикально-расположенная круглая труба, у кот-й ось находится на аппликате OZ . Проекция трубы на плоскость XOY задана уравнением
x
2 + y
2 = 49 = R
2 (см рис2). Значит, радиус цилиндра R = 7 ед, а высота h = Z
2 - Z
1 = 4 .
Теория и методика решения хорошо описаны в учебной статье "Как вычислить поток векторного поля?"
Ссылка2 . Не будем терять время на повторение и переходим к практическим вычислениям.
Используя свойство аддитивности поверхностного интеграла, представим искомый Поток векторного поля в виде суммы 4х поверхностных интегралов по ориентированным поверхностям цилиндра:
П = П
1 + П
2 + П
3 + П
4 , где
П
1 =
[$963$]1[$8748$]a
[$8594$](x ; y ; z)·d[$963$]
1 - поток векторного поля ч-з верхнюю крышку цилиндра с поверхностью [$963$]
1и нормаль-вектором n
[$8594$]1 = k
[$8594$](0 ; 0 ; 1) (направлен вертикально вверх);
П
2 =
[$963$]2[$8748$]a
[$8594$](x ; y ; z)·d[$963$]
2 - поток векторного поля ч-з нижнюю крышку цилиндра с поверхностью [$963$]
2и нормаль-вектором n
[$8594$]2 = -k
[$8594$](0 ; 0 ; -1); (направлен вертикально вниз);
П
3 =
[$963$]3[$8748$]a
[$8594$](x ; y ; z)·d[$963$]
3 - поток векторного поля ч-з боковую поверхность [$963$]
3 в первом и втором октантах
и нормаль-вектором n
[$8594$]3 , направленным горизонтально прочь от оси цилиндра;
П
4 =
[$963$]3[$8748$]a
[$8594$](x ; y ; z)·d[$963$]
3 - поток векторного поля ч-з боковую поверхность [$963$]
4 в 3м и 4м октантах
и нормаль-вектором n
[$8594$]4 , направленным также горизонтально прочь от оси цилиндра, но с противоположным знаком.
Решение Вашей задачи настолько трудоёмкое, что выполнить его без помощи программ-калькуляторов я не в состоянии. Вы можете использовать OnLine-калькуляторы, я люблю вычислять в популярном приложении
Маткад (ссылка3) . Маткад избавляет меня от частых ошибок. Маткад-скриншоты с формулами прилагаю.
Я добавил в скрин подробные комментарии зелёным цветом, чтобы Вам было всё понятно.
МаткадОператор stack(A, B, C, …) объединяет числовые данные в вектор-столбец.
Символ
:= означает оператор присваивания. Символ
= - вывести на экран в числовом виде. Символ
[$8594$] - вывести на экран в символьном виде (имена переменных с операндами либо в виде простой, неокруглённой дроби).
Ответ: Поток векторного поля через замкнутую поверхность S в направлении внешней нормали равен 21168·[$960$] [$8776$] 66501 кв.ед.
Проверка упрощённая сделана. Если что-то осталось непонятным - спрашивайте.