Όγκος στερεού

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

Άβαταρ μέλους
grigkost
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 3053
Εγγραφή: Πέμ Δεκ 18, 2008 12:54 pm
Τοποθεσία: Ιωάννινα
Επικοινωνία:

Όγκος στερεού

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από grigkost » Τετ Ιουν 24, 2020 8:12 am

Έστω \Sigma το στερεό που περικλείεται από το μονόχωνο υπερβολοειδές \frac{x^2}{\alpha^2}+\frac{y^2}{\beta^2}-z^2=1 και το δίχωνο υπερβολοειδές \frac{x^2}{4\alpha^2}+\frac{y^2}{4\beta^2}-z^2=-1,  \quad \alpha>0,\,\beta>0.
Να βρεθεί ο όγκος του \Sigma συναρτήσει των \alpha,\,\beta.


{\color{dred}\Gamma\!\rho\,{\rm{H}}\gamma\varnothing\varrho{\mathscr{H}}\varsigma \ {\mathbb{K}}\,\Omega\sum{\rm{t}}{\mathscr{A}}\,{\mathbb{K}}\!\odot\varsigma

Λέξεις Κλειδιά:
KDORTSI
Διακεκριμένο Μέλος
Δημοσιεύσεις: 2347
Εγγραφή: Τετ Μαρ 11, 2009 9:26 pm

Re: Όγκος στερεού

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από KDORTSI » Πέμ Ιουν 25, 2020 8:12 am

grigkost έγραψε:
Τετ Ιουν 24, 2020 8:12 am
Έστω \Sigma το στερεό που περικλείεται από το μονόχωνο υπερβολοειδές \frac{x^2}{\alpha^2}+\frac{y^2}{\beta^2}-z^2=1 και το δίχωνο υπερβολοειδές \frac{x^2}{4\alpha^2}+\frac{y^2}{4\beta^2}-z^2=-1,  \quad \alpha>0,\,\beta>0.
Να βρεθεί ο όγκος του \Sigma συναρτήσει των \alpha,\,\beta.

Γρηγόρη Καλημέρα....


Παρουσιάζω αρχικά δύο σχήματα.
Το πρώτο εμφανίζει τις δυο αυτές επιφάνειες και το δεύτερο απομονώνει το ζητούμενο
στερεό που περιέχεται ανάμεσα από αυτές.

Το πρώτο σχήμα:
Τομή 1.png
Τομή 1.png (49.48 KiB) Προβλήθηκε 1836 φορές
Στο σχήμα αυτό εμφανίζεται με θαλασσί χρώμα το δίχωνο υπερβολοειδές και
με πρασινωπό χρώμα το μονόχωνο υπερβολοειδές.

Το δεύτερο σχήμα:
Τομή 2.png
Τομή 2.png (113.1 KiB) Προβλήθηκε 1836 φορές
Στο σχήμα αυτό εμφανίζεται το περιεχόμενο στερεό \displaystyle{ \Sigma} των αρχικών επιφανειών
το οποίο παράπλευρα έχει χρώμα πράσινο και είναι τμήμα του μονόχωνου υπερβολοειδούς
και οι δύο "βάσεις" του έχουν χρώμα κίτρινο και είναι τμήμα του δίχωνου υπερβολοειδούς.

Όμορφες επιφάνειες και σχήματα!! Απολαυστικές!!!

(Συνεχίζεται...)

Κώστας Δόρτσιος


KDORTSI
Διακεκριμένο Μέλος
Δημοσιεύσεις: 2347
Εγγραφή: Τετ Μαρ 11, 2009 9:26 pm

Re: Όγκος στερεού

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από KDORTSI » Παρ Ιουν 26, 2020 11:56 pm

grigkost έγραψε:
Τετ Ιουν 24, 2020 8:12 am
Έστω \Sigma το στερεό που περικλείεται από το μονόχωνο υπερβολοειδές \frac{x^2}{\alpha^2}+\frac{y^2}{\beta^2}-z^2=1 και το δίχωνο υπερβολοειδές \frac{x^2}{4\alpha^2}+\frac{y^2}{4\beta^2}-z^2=-1,  \quad \alpha>0,\,\beta>0.
Να βρεθεί ο όγκος του \Sigma συναρτήσει των \alpha,\,\beta.
Καλησπέρα...

Για καλύτερη παρουσίαση του στερεού αυτού \displaystyle{\Sigma} παρουσιάζω το κατωτέρω σχήμα:
Τομή 4.png
Τομή 4.png (73.72 KiB) Προβλήθηκε 1739 φορές
Στο σχήμα αυτό εμφανίζεται ένα στιγμιότυπο της δημιουργίας του και
είναι το μισό της τομής των δύο υπερβολοειδών.

Στον κατωτέρω σύνδεσμο μπορείτε να δείτε και το δυναμικό σχήμα.

https://www.geogebra.org/m/tjrw4nhj

(Συνεχίζεται...)

Κώστας Δόρτσιος


Άβαταρ μέλους
grigkost
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 3053
Εγγραφή: Πέμ Δεκ 18, 2008 12:54 pm
Τοποθεσία: Ιωάννινα
Επικοινωνία:

Re: Όγκος στερεού

#4

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από grigkost » Δευ Ιουν 29, 2020 11:26 pm

grigkost έγραψε:
Τετ Ιουν 24, 2020 8:12 am
Έστω \Sigma το στερεό που περικλείεται από το μονόχωνο υπερβολοειδές \frac{x^2}{\alpha^2}+\frac{y^2}{\beta^2}-z^2=1 και το δίχωνο υπερβολοειδές \frac{x^2}{4\alpha^2}+\frac{y^2}{4\beta^2}-z^2=-1,  \quad \alpha>0,\,\beta>0.
Να βρεθεί ο όγκος του \Sigma συναρτήσει των \alpha,\,\beta.
...για όσους ενδιαφέρονται, επιπρόσθετα:

Για το πεδίο \overline{F}:\mathbb{R}^3\longrightarrow \mathbb{R}^3\,; \quad \overline{F}(x,y,z)=\begin{pmatrix} 
\alpha yz\\ 
\beta xz\\ 
(x+y)z 
\end{pmatrix}
να βρεθεί το επιφανειακό ολοκλήρωμα \oiint_{\,(\partial\Sigma)\cap H_1}{(\nabla\times\overline{F}\,)\cdot d\overline{R}}, όπου H_1 το μονόχωνο υπερβολοειδές.


{\color{dred}\Gamma\!\rho\,{\rm{H}}\gamma\varnothing\varrho{\mathscr{H}}\varsigma \ {\mathbb{K}}\,\Omega\sum{\rm{t}}{\mathscr{A}}\,{\mathbb{K}}\!\odot\varsigma
KDORTSI
Διακεκριμένο Μέλος
Δημοσιεύσεις: 2347
Εγγραφή: Τετ Μαρ 11, 2009 9:26 pm

Re: Όγκος στερεού

#5

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από KDORTSI » Πέμ Ιούλ 02, 2020 10:34 am

grigkost έγραψε:
Τετ Ιουν 24, 2020 8:12 am
Έστω \Sigma το στερεό που περικλείεται από το μονόχωνο υπερβολοειδές \frac{x^2}{\alpha^2}+\frac{y^2}{\beta^2}-z^2=1 και το δίχωνο υπερβολοειδές \frac{x^2}{4\alpha^2}+\frac{y^2}{4\beta^2}-z^2=-1,  \quad \alpha>0,\,\beta>0.
Να βρεθεί ο όγκος του \Sigma συναρτήσει των \alpha,\,\beta.
Γρηγόρη καλημέρα....

Συνεχίζω στο αρχικό πρόβλημα...

Στο πρώτο σχήμα εμφανίζω το \displaystyle{\frac{1}{8}} του αρχικού στερεού.
Όγκος 4.png
Όγκος 4.png (41.69 KiB) Προβλήθηκε 1582 φορές
Στο δεύτερο σχήμα εμφανίζεται ένα τμήμα κυλινδρικης επιφάνειας
το οποίο περιβάλλει το προηγούμενο.
Όγκος 5.png
Όγκος 5.png (50.63 KiB) Προβλήθηκε 1582 φορές
Θα ακολουθήσει στη συνέχεια ο υπολογισμός του όγκου του στερεού \displaystyle{\displaystyle{\Sigma}}.

Στη διεύθυνση:

https://www.geogebra.org/m/mja5afn7

μπορείτε να δείτε και το δυναμικό σχήμα.

Κώστας Δόρτσιος


KDORTSI
Διακεκριμένο Μέλος
Δημοσιεύσεις: 2347
Εγγραφή: Τετ Μαρ 11, 2009 9:26 pm

Re: Όγκος στερεού

#6

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από KDORTSI » Δευ Ιούλ 06, 2020 10:53 am

grigkost έγραψε:
Τετ Ιουν 24, 2020 8:12 am
Έστω \Sigma το στερεό που περικλείεται από το μονόχωνο υπερβολοειδές \frac{x^2}{\alpha^2}+\frac{y^2}{\beta^2}-z^2=1 και το δίχωνο υπερβολοειδές \frac{x^2}{4\alpha^2}+\frac{y^2}{4\beta^2}-z^2=-1,  \quad \alpha>0,\,\beta>0.
Να βρεθεί ο όγκος του \Sigma συναρτήσει των \alpha,\,\beta.
(Συνέχεια...)

Αρχικά πρέπει να πούμε ότι η τομή του μονόχωνου υπερβολοειδούς με το επίπεδο \displaystyle{xOy} είναι η έλλειψη:

\displaystyle{ C_1: \frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1\  \ (1) }

κι ύστερα εύκολα διαπιστώνουμε ότι η τομή των δύο αυτών υπερβολοειδών είναι δύο ελλείψεις οι οποίες προβάλλονται
στο οριζόντιο επίπεδο στην έλλειψη:

\displaystyle{ C_2: \frac{x^2}{(a\sqrt{\frac{8}{3}})^2}+\frac{y^2}{(b\sqrt{\frac{8}{3}})^2}=1\  \ (2) }

Οι τύποι (1) και (2) εύκολα βρίσκονται και οι ελλείψεις αυτές φαίνονται στο ακόλουθο σχήμα:
Τομή 5.png
Τομή 5.png (30.44 KiB) Προβλήθηκε 1497 φορές
Οι ελλείψεις αυτές εμφανίζονται και στα δύο σχήματα του προηγούμενου μηνύματός μου.

Υπολογισμός του όγκου του στερεού \displaystyle{\Sigma}

Είναι:

\displaystyle{V(\Sigma)=8V \  \ (3) }

με

\displaystyle{V=V_1-V_2 \  \ (4) }

όπου:

\displaystyle{V_1} είναι όγκος του χωρίου που περιβάλλεται από την κυλινδρική επιφάνεια με οδηγό την καμπύλη \displaystyle{C_2},
από την έλλειψη \displaystyle{C_2} και από ένα τμήμα του δίχωνου υπερβολοειδούς.

Δηλαδή:

\displaystyle{V_1=\iint_{\substack{\Omega_1+\Omega_2}} (\sqrt{\frac{x^2}{4a^2}+\frac{y^2}{4b^2}+1})dxdy  \  \  (5)}

και \displaystyle{V_2} είναι ο όγκος του χωρίου που περιβάλλεται από την ίδια κυλινδρική επιφάνεια που αναφέρθηκε προηγούμενα,
από το χωρίο \displaystyle{\Omega_2} και από την επιφάνεια του μονόχωνου υπερβολοειδούς.

Δηλαδή:

\displaystyle{V_2=\iint_{\substack{\Omega_2}}(\sqrt{\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}+1})dxdy \  \  (6)}

Τα ολοκλήρωμα (5) υπολογίζεται εύκολα με την αντικατάσταση:

\displaystyle{x=arcosu, y=bsinu \  \ 0 \leq r \leq  \sqrt{\frac{8}{3}}, \  \  0 \leq u \leq \frac{\pi}{2} \  \ (7) }

και το ολοκλήρωμα (6) αντίστοιχα με την αντικατάσταση:

\displaystyle{ x=arcosu, y=brsinu\  \ 1 \leq r \leq  \sqrt{\frac{8}{3}}, \  \  0 \leq u \leq \frac{\pi}{2} \  \ (7)}

Οι υπολογισμοί θα γίνουν στο επόμενο μήνυμα...

Κώστας Δόρτσιος
τελευταία επεξεργασία από KDORTSI σε Παρ Ιούλ 10, 2020 12:22 am, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.


KDORTSI
Διακεκριμένο Μέλος
Δημοσιεύσεις: 2347
Εγγραφή: Τετ Μαρ 11, 2009 9:26 pm

Re: Όγκος στερεού

#7

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από KDORTSI » Παρ Ιούλ 10, 2020 12:18 am

grigkost έγραψε:
Τετ Ιουν 24, 2020 8:12 am
Έστω \Sigma το στερεό που περικλείεται από το μονόχωνο υπερβολοειδές \frac{x^2}{\alpha^2}+\frac{y^2}{\beta^2}-z^2=1 και το δίχωνο υπερβολοειδές \frac{x^2}{4\alpha^2}+\frac{y^2}{4\beta^2}-z^2=-1,  \quad \alpha>0,\,\beta>0.
Να βρεθεί ο όγκος του \Sigma συναρτήσει των \alpha,\,\beta.
(Συνέχεια...)

Το ολοκλήρωμα \displaystyle{\iint_{\Omega_1+\Omega_2}\sqrt{\frac{x^2}{4a^2}+\frac{y^2}{4b^2}+1} dxdy\  \ (5) }

υπολογίζεται όπως αναφέρθηκε στο προηγούμενο μήνυμα θέτοντας:

\displaystyle{x=arcosu, \  \ y=brsinu \  \ (I)}

όπου:

\displaystyle{ 0\leq r \leq \sqrt{\frac{8}{3}}} και \displaystyle{ 0 \leq u \leq \frac{\pi}{2} \  \ (II)}

Η Ιακωβιανή στην περίπτωση αυτή είναι:

\displaystyle{\frac{D(x,y)}{D(r,u)}=abr \  \ (III)}

και τότε:

\displaystyle{dxdy=abrdrdu \  \ (IV)}

Έτσι το ολοκλήρωμα (5) γίνεται:

\displaystyle{V_1=ab\iint_{\Omega_1+\Omega_2}r\sqrt{\frac{r^2}{4}+1}drdu=ab\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}du\int_{0}^{\sqrt{\frac{8}{3}}}r\sqrt{\frac{r^2}{4}+1}dr=\frac{ab\pi}{2} \int_{0}^{\sqrt{\frac{8}{3}}}r \sqrt{\frac{r^2}{4}+1}dr}

Το τελευταίο ολοκλήρωμα εύκολα υπολογίζεται και είναι:

\displaystyle{V_1=\frac{(20\sqrt{15}-36)}{54}ab\pi \approx 0.77ab\pi \  \ (A)}

Το δεύτερο ολοκλήρωμα: \displaystyle{\iint_{\Omega_2}\sqrt{\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}-1} dxdy\  \ (6) }

υπολογίζεται με τους ίδιους μετασχηματισμούς \displaystyle{(I)} αλλά με τους περιορισμούς:

\displaystyle{ 1\leq r \leq \sqrt{\frac{8}{3}}} και \displaystyle{ 0 \leq u \leq \frac{\pi}{2} \  \ (IIa)}

Έτσι οι σχέσεις \displaystyle{(III), (IV)} παραμένουν ίδιες και συνεπώς θα είναι:

\displaystyle{V_2=ab\iint_{\Omega_2}r\sqrt{r^2-1}drdu=ab \int_{0}^{\frac{\pi}{2}}du\int_{1}^{\sqrt{\frac{8}{3}}}r\sqrt{r^2-1}dr= \frac{ab\pi}{2} \int_{1}^{\sqrt{\frac{8}{3}}}r\sqrt{r^2-1}dr }

Μετά από πράξεις τελικά θα είναι:

\displaystyle{V_2=\frac{5\sqrt{\frac{\sqrt{6}}{3}+\frac{1}{2}}\cdot \sqrt{2\sqrt{6}-3}(68-27\sqrt{6})}{18(34 \sqrt{6}-81)}ab\pi \approx 0.36ab\pi \  \ (B)}

Έτσι από τις σχέσεις \displaystyle{ (A), (B)} θα είναι:

\displaystyle{V_1-V_2=mab\pi -nab\pi=(m-n)ab\pi \approx 0.36ab\pi \  \ (C)}

και ο ζητούμενος όγκος του στερεού \displaystyle{\Sigma} θα είναι:

\displaystyle{V_{\Sigma}=8(m-n)ab\pi \approx 3.28ab\pi \  \ (D)}

όπου \displaystyle{m,n} είναι οι αριθμητικοί συντελεστές των τύπων \displaystyle{(A), (B)}

Κώστας Δόρτσιος


Άβαταρ μέλους
grigkost
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 3053
Εγγραφή: Πέμ Δεκ 18, 2008 12:54 pm
Τοποθεσία: Ιωάννινα
Επικοινωνία:

Re: Όγκος στερεού

#8

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από grigkost » Πέμ Απρ 15, 2021 5:55 am

Μετά από αρκετό καιρό, δίνουμε και μια δεύτερη επίλυση για την εύρεση του όγκου με την χρήση του θεωρήματος απόκλισης:

Έστω \Sigma το στερεό που περικλείεται από το μονόχωνο υπερβολοειδές H_1:\frac{x^2}{\alpha^2}+\frac{y^2}{\beta^2}-z^2=1 και το δίχωνο υπερβολοειδές H_2:\frac{x^2}{4\alpha^2}+\frac{y^2}{4\beta^2}-z^2=-1\,, \; \alpha>0,\,\beta>0.
Θέτοντας A=\frac{x^2}{\alpha^2}+\frac{y^2}{\beta^2}>0 και λύνοντας το σύστημα \begin{aligned} 
	\left\{\begin{array}{c} 
		A-z^2=1\\\noalign{\vspace{0.1cm}} 
		\frac{1}{4}\,A-z^2=-1 
	\end{array}  \right\}\quad\Rightarrow\quad \left\{\begin{array}{c} 
		A=\frac{8}{3}\\\noalign{\vspace{0.1cm}} 
		z=\pm\frac{\sqrt{15}}{3} 
	\end{array}  \right\} 
\end{aligned}
προκύπτει ότι οι δυο επιφάνειες έχουν κοινά σημεία τομής τις ελλείψεις \displaystyle{E_1,E_2=\Big\{ (x,y,z)\in\mathbb{R}^2\;\big|\;\textstyle\frac{x^2}{\alpha^2}+\frac{y^2}{\beta^2} =\frac{8}{3},\,z=\pm\frac{\sqrt{15}}{3}\Big \}\,.}
hyperboloids+st.png
hyperboloids+st.png (109.16 KiB) Προβλήθηκε 532 φορές
Μια παραμετρική παράσταση της επιφάνειας S_1=(\partial\Sigma)\cap H_1 είναι
\displaystyle{\overline{R}(u,v)=\big(\alpha\cosh{u}\,\cos({-v}),\beta\cosh{u}\,\sin({-v}),\sinh{u}\big)\,,\quad (u,v)\in\big[-\sinh^{-1}\big(\tfrac{\sqrt{15}}{3}\big),\sinh^{-1}\big(\tfrac{\sqrt{15}}{3}\big)\big]\times[0,2\pi]\,,}
με αντίστοιχο κάθετο διάνυσμα \overline{N}(u,v)=\big(\beta\cosh^2{u}\,\cos{v},-\alpha\cosh^2{u}\,\sin{v},-\alpha\beta\cosh{u}\,\sinh{u}\big), το οποίο "δείχνει" προς το εξωτερικό του στερεού \Sigma. Ομοίως μια παραμετρική παράσταση του "θετικού" τμήματος S_2^{+}=(\partial\Sigma)\cap H_2^{+} της επιφάνειας (\partial\Sigma)\cap H_2 είναι
\displaystyle{\overline{R}_1(u,v)=\big(2\alpha\sinh{u}\,\cos{v},2\beta\sinh{u}\,\sin{v},\cosh{u}\big)\,,\quad (u,v)\in\big[0,\cosh^{-1}\big(\tfrac{\sqrt{15}}{3}\big)\big]\times[0,2\pi]\,,}
με αντίστοιχο κάθετο διάνυσμα
\overline{N}_1(u,v)=\big({-2\beta}\sinh^2{u}\,\cos{v},-2\alpha\sinh^2{u}\,\sin{v},4\alpha\beta \cosh{u}\,\sinh{u}\big)\,, το οποίο "δείχνει" προς το εξωτερικό του στερεού \Sigma, ενώ μια παραμετρική παράσταση του "αρνητικού" τμήματος S_2^{-}=(\partial\Sigma)\cap H_2^{-} της επιφάνειας (\partial\Sigma)\cap H_2 είναι
\displaystyle{\overline{R}_2(u,v)=\big(2\alpha\sinh{u}\,\cos({-v}),2\beta\sinh{u}\,\sin({-v}),-\cosh{u}\big)\,,\quad (u,v)\in\big[0,\cosh^{-1}\big(\tfrac{\sqrt{15}}{3}\big)\big]\times[0,2\pi]\,,}
με αντίστοιχο κάθετο διάνυσμα
\overline{N}_2(u,v)=\big({-2\beta}\sinh^2{u}\,\cos{v},2\alpha\sinh^2{u}\,\sin{v},-4\alpha\beta \cosh{u}\,\sinh{u}\big)\,. το οποίο "δείχνει" προς το εξωτερικό του στερεού \Sigma.

Επιλέγοντας \overline{F}:{\mathbb{R}}^3\longrightarrow {\mathbb{R}}^3\,,\quad\overline{F}(x,y,z)=(0,0,z), από το θεώρημα απόκλισης προκύπτει ότι

\begin{aligned} 
		V(\Sigma)&=\mathop{\iiint}\limits_{\hspace{-0.3cm}\Sigma}{{\rm{div}}\,\overline{F}\, dV}\\\noalign{\vspace{0.1cm}} 
		&=\mathop{\oiint}\limits_{\hspace{-0.3cm}\partial\Sigma}{\overline{F}\cdot\overline{n}\, dS}\\\noalign{\vspace{0.1cm}} 
		&=\mathop{\oiint}\limits_{\hspace{-0.3cm}S_1}{\overline{F}\cdot\overline{n}\, dS}+\mathop{\oiint}\limits_{\hspace{-0.3cm}S_2^{+}}{\overline{F}\cdot\overline{n}\, dS}+\mathop{\oiint}\limits_{\hspace{-0.3cm}S_2^{-}}{\overline{F}\cdot\overline{n}\, dS}\\\noalign{\vspace{0.1cm}} 
		&=\int_{0}^{2\pi}\!\!\int_{-\sinh^{-1}(\frac{\sqrt{15}}{3})}^{\sinh^{-1}(\frac{\sqrt{15}}{3})}-\alpha\beta\cosh{u}\,\sinh^2{u}\,du\,dv\,+\\\noalign{\vspace{0.1cm}} 
		&\quad\int_{0}^{2\pi}\!\!\int_{0}^{\cosh^{-1}(\frac{\sqrt{15}}{3})}4\alpha\beta\cosh^2{u}\,\sinh{u}\,du\,dv\,+\\\noalign{\vspace{0.1cm}} 
		&\quad\int_{0}^{2\pi}\!\!\int_{0}^{\cosh^{-1}(\frac{\sqrt{15}}{3})}4\alpha\beta\cosh^2{u}\,\sinh{u}\,du\,dv\\\noalign{\vspace{0.1cm}} 
		&=-2\pi\alpha\beta\int_{-\sinh^{-1}(\frac{\sqrt{15}}{3})}^{\sinh^{-1}(\frac{\sqrt{15}}{3})}\cosh{u}\,\sinh^2{u}\,du\,+\\\noalign{\vspace{0.1cm}} 
		&\qquad16\pi\alpha\beta\int_{0}^{\cosh^{-1}(\frac{\sqrt{15}}{3})}\cosh^2{u}\,\sinh{u}\,du\\\noalign{\vspace{0.1cm}} 
		&=-2\pi\alpha\beta\int_{-\frac{\sqrt{15}}{3}}^{\frac{\sqrt{15}}{3}}t^2\,dt+16\pi\alpha\beta\int_{1}^{\frac{\sqrt{15}}{3}}s^2\,ds\\\noalign{\vspace{0.1cm}} 
		&=-\frac{20\pi\sqrt{15}}{27}\,\alpha\beta+\frac{16\pi}{27}\big(5\sqrt{15}-9\big)\,\alpha\beta\\\noalign{\vspace{0.1cm}} 
	&=\dfrac{4\pi}{9}\big(5\sqrt{15}-12\big)\,\alpha\beta\,. 
\end{aligned}


{\color{dred}\Gamma\!\rho\,{\rm{H}}\gamma\varnothing\varrho{\mathscr{H}}\varsigma \ {\mathbb{K}}\,\Omega\sum{\rm{t}}{\mathscr{A}}\,{\mathbb{K}}\!\odot\varsigma
Άβαταρ μέλους
grigkost
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 3053
Εγγραφή: Πέμ Δεκ 18, 2008 12:54 pm
Τοποθεσία: Ιωάννινα
Επικοινωνία:

Re: Όγκος στερεού

#9

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από grigkost » Πέμ Απρ 22, 2021 11:28 am

grigkost έγραψε:
Δευ Ιουν 29, 2020 11:26 pm
...για όσους ενδιαφέρονται, επιπρόσθετα:

Για το πεδίο \overline{F}:\mathbb{R}^3\longrightarrow \mathbb{R}^3\,; \quad \overline{F}(x,y,z)=\begin{pmatrix} 
\alpha yz\\ 
\beta xz\\ 
(x+y)z 
\end{pmatrix}
να βρεθεί το επιφανειακό ολοκλήρωμα \oiint_{\,(\partial\Sigma)\cap H_1}{(\nabla\times\overline{F}\,)\cdot d\overline{R}}, όπου H_1 το μονόχωνο υπερβολοειδές.
Δίνουμε και σε αυτό το ερώτημα μια λύση:

Για την επιφάνεια S_1, (με τον προσανατολισμό που επιλέχθηκε παραπάνω) μια παραμετρική παράσταση του θετικά προσανατολισμένου συνόρου της \partial S_1 είναι

\overline{c}(t)=\begin{cases} 
	\Big(\tfrac{2\alpha\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\cos({-t}),\tfrac{2\beta\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\sin({-t}),\tfrac{\sqrt{15}}{3}\Big)\,,& t\in[0,2\pi]\\\noalign{\vspace{0.2cm}} 
	\Big(\tfrac{2\alpha\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\cos{t},\tfrac{2\beta\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\sin{t},-\tfrac{\sqrt{15}}{3}\Big)\,,& t\in[2\pi,4\pi] 
\end{cases}\,.
Από το θεώρημα Stokes έχουμε

\begin{aligned} 
	\oiint\limits_{S_1}{{\rm{curl}}\,{\overline{F}}\cdot d\overline{R}}&=\mathop{\ointctrclockwise}\limits_{\partial S_1}\overline{F}\cdot  d\overline{r}\\\noalign{\vspace{0.2cm}} 
	&=\int_{0}^{4\pi}\overline{F}\big(\overline{c}(t)\big)\cdot\overline{c}\,'(t)\,dt\\\noalign{\vspace{0.2cm}} 
	&=\int_{0}^{2\pi}\overline{F}\big(\overline{c}(t)\big)\cdot\overline{c}\,'(t)\,dt+\int_{2\pi}^{4\pi}\overline{F}\big(\overline{c}(t)\big)\cdot\overline{c}\,'(t)\,dt\\\noalign{\vspace{0.2cm}} 
	&=\int_{0}^{2\pi}\Big({-\tfrac{2\alpha\beta\sqrt{2}\sqrt{5}}{3}}\sin{t},\tfrac{2\alpha\beta\sqrt{2}\sqrt{5}}{3}\cos{t},\tfrac{2\sqrt{2}\sqrt{5}}{3}\,(\alpha\cos{t}-\beta\sin{t})\Big)\cdot\\\noalign{\vspace{0.2cm}} 
	&\hspace{6.0cm}\Big({-\tfrac{2\alpha\sqrt{2}}{\sqrt{3}}}\sin{t},-\tfrac{2\beta\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\cos{t},0\Big)\,dt\\\noalign{\vspace{0.2cm}} 
	&=\int_{2\pi}^{4\pi}\Big({-\tfrac{2\alpha\beta\sqrt{2}\sqrt{5}}{3}}\sin{t},\tfrac{2\alpha\beta\sqrt{2}\sqrt{5}}{3}\cos{t},-\tfrac{2\sqrt{2}\sqrt{5}}{3}\,(\alpha\cos{t}+\beta\sin{t})\Big)\cdot\\\noalign{\vspace{0.2cm}} 
	&\hspace{6.0cm}\Big({-\tfrac{2\alpha\sqrt{2}}{\sqrt{3}}}\sin{t},\tfrac{2\beta\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\cos{t},0\Big)\,dt\\\noalign{\vspace{0.2cm}} 
	&=-\frac{8\sqrt{15}}{9}\,\alpha\beta\int_{0}^{2\pi}\big((\alpha+\beta)\cos^2{t}-\alpha\big)\,dt-\frac{8\sqrt{15}}{9}\,\alpha\beta\int_{2\pi}^{4\pi}\big((\alpha+\beta)\cos^2{t}-\alpha\big)\,dt\\\noalign{\vspace{0.2cm}} 
	&=-\frac{16\sqrt{15}}{9}\,\alpha\beta\int_{0}^{2\pi}\big((\alpha+\beta)\cos^2{t}-\alpha\big)\,dt\\\noalign{\vspace{0.2cm}} 
	&=\frac{16\pi\sqrt{15}}{9}\,\alpha\beta\,(\alpha-\beta)\,. 
\end{aligned}


{\color{dred}\Gamma\!\rho\,{\rm{H}}\gamma\varnothing\varrho{\mathscr{H}}\varsigma \ {\mathbb{K}}\,\Omega\sum{\rm{t}}{\mathscr{A}}\,{\mathbb{K}}\!\odot\varsigma
Απάντηση

Επιστροφή σε “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 4 επισκέπτες