Transcript Document
Integrasjon i vektorfelt Vektorfelt Innledning F F r b f (x)dx a f (x, y, z)dV V F dr b a FdV V Matematikk som bl.a. ingeniører og fysikere kan benytte til å beskrive / studere: - Væskestrøm i rør, blodårer, hjertekamre - Varmestrøm - Transmisjonskabler - Gravitasjon - Elektromagnetisme - Mobilkommunikasjon - Statistikk -… Vektorfelt Innhold Linje-integral Vektorfelt, arbeid, sirkulasjon of fluks Vei-uavhengighet, potensial-funksjon, og konservative felt Flate-integraler og flate-areal Parameteriserte flater Greens teorem Stokes teorem Divergens teorem Et vektorfelt er en funksjon som til hvert punkt i sitt domene (def.mengde) tilordner en vektor Vektorfelt Def Værkart Skrått kast Væskestrøm Flyvinge Gravistasjonsfelt Elektrisk / Magnetisk felt Vektorfelt Maxwells ligninger Kurve-integral Def b z C en kurve i rommet C a r = r(t) en glatt parameterfremstilling av kurven C r(t) y f en kontinuerlig funksjon på C x fds lim f (x , y , z )s C P 0 i i i i i ds fds f dt f v C C dt C (t ) dt Hvis f er massetetthet, så beregner vi massen av kurven Hvis f er lik 1, så beregner vi lengden av kurven Kurve-integral Eks 1 r ( t ) t , t , t z t 0,1 En glatt parameterisering av C (1,1,1) C y fds f C C ds dt f v( t ) dt dt C t 1 x f r ( t ) r ' ( t ) dt t 0 Integrer f(x,y,z) = x – over linjesegmentet C som forbinder origo med punktet (1,1,1) 3y2 +z t 1 t 3t 2 t 1,1,1 dt 2 t 3dt t 0 t 1 t 3t t 0 t 1 3 2 t 3t 2 dt t 0 3 t2 t3 t 1 t 0 0 Kurve-integral Eks 2 r (t ) t, t 2 y t 0,2 M ds C C C ds dt v( t ) dt dt C t 2 x r ( t ) r ' ( t ) dt t 0 t 2 Finn massen av wiren r(t) = [t,t2] t 0 t [0,2] Massetettheten er (x,y) = 2x 2t 1,2t dt t 2 2t 1 (2 t ) 2 dt t 0 t 2 2t 1 4 t 2 dt t 0 t 2 3 1 1 2 2 1 4 t 17 17 1 6 t 0 6 Kurve-integral Masse - Massesenter - Treghetsmoment Masse M ds C Første moment om koordinatplan Massesenter M yz xds M xz yds C x M yz M M xy zds C xds C ds y C M xz M z M xy M C Treghetsmoment I x y 2 z 2 ds C Gyrasjonsradius RL C IL M I y x 2 z 2 ds I z x 2 y 2 ds C I L r 2 ds C Kurve-integral Massesenter - Eks M ds x C M yz M xds C ds M y xz M z M xy M C xy0 Symmetri π M δds (2 z)ds δ(r (t)) r ' (t) dt C 0 π (2 sint) 1dt 2t cost 0 (2π 1) 1 2π 2 π 0 Bestem massesenteret til en halvsirkel-periferi π π 0 0 M xy zds z(2 z)ds sint(2 sint) 1dt (2sint sin 2 t)dt C C π π y2+z2 = 1 z 0 Massetettheten er gitt ved: (x,y,z) = 2 - z 1 cos(2t) 1 1 8 π (2sint )dt 2cost t sin(2t) 2 2 2 2 0 0 8 π 8 π z 2 M 2π 2 4(π 1) M xy C ds C r (t) 0, cost, sint 0tπ v(t) r ' (t) 0 2 (sint) 2 (cost) 2 1 C zds ( 0.57) Arbeid W F dr Innledning C F W Fs Konstant kraft i samme retning som rettlinjet forflytning s W F s F s cos Fs cos F Konstant kraft danner en konstant vinkel med rettlinjet forflytning s F W F ds b a ds F dr r Varierende kraft danner en varierende vinkel med rettlinjet forflytning C W F dr C Varierende kraft danner en varierende vinkel med forflytning langs en kurve Arbeid Def F T dr r C dr W F Tds F ds F dr ds C C C dr W F Tds F d r F dt dt C C C Arbeid F1dx F2 dy F3dz Alternative former C F = [ F1, F2, F3 ] T C dr W F Tds F ds F dr ds C C C dr F dt F r ' dt F v dt dt C C C dr r = [ x, y, z ] dx dy dz F1 , F2 , F3 , , dt dt dt dt C dy dz dx F1 F2 F3 dt dt dt dt C F1dx F2 dy F3 dz C dr W F Tds F d r F dt dt C C C Arbeid F1dx F2 dy F3dz Eks 1 - Alternativ 1 C r (t ) t ,2t ,3t r ' (t ) 1,2,3 z (1,2,3) t 0,1 En glatt parameterisering av C C y x Bestem arbeidet utført av kraften F = [ 2x, y, 3 ] langs den rette linjen fra (0,0,0) til (1,2,3) dr W F dr F dt F r ' (t )dt dt C C C 2 x, y,3 1,2,3dt C 2t ,2t ,3 1,2,3dt C (2t 1 2t 2 3 3)dt C t 1 2 ( 6 t 9 ) dt 3 t 9t t 0 t 1 t 0 12 dr W F Tds F d r F dt dt C C C Arbeid F1dx F2 dy F3dz Eks 1 - Alternativ 2 C r (t ) t ,2t ,3t r ' (t ) 1,2,3 z (1,2,3) C t 0,1 En glatt parameterisering av C y W F1dx F2 dy F3dz x C Bestem arbeidet utført av kraften F = [ 2x, y, 3 ] langs den rette linjen fra (0,0,0) til (1,2,3) 2 xdx ydy 3dz C x 1 y 2 z 3 x 0 y 0 z 0 2 xdx ydy 3dz y 2 z 3 1 x y 2 3z z 0 1 2 9 12 x 0 2 y 0 2 x 1 dr W F Tds F d r F dt dt C C C Arbeid F1dx F2 dy F3dz Eks 1 - Alternativ 3 C r ( t ) t ,2 t ,3t r ' ( t ) 1,2,3 z (1,2,3) C t 0,1 En glatt parameterisering av C y r (t ) t ,2t ,3t r ' (t ) 1,2,3 W F1dx F2 dy F3dz x C Bestem arbeidet utført av kraften F = [ 2x, y, 3 ] langs den rette linjen fra (0,0,0) til (1,2,3) 2 xdx ydy 3dz C 2 t 1dt 2 t 2dt 3 3dt C 2 tdt 4 tdt 9dt C t 1 2 ( 6 t 9 ) dt 3 t 9t t 0 t 1 t 0 12 t 0,1 dx 1 dx 1dt dt dy 2 dy 2dt dt dz 3 dz 3dt dt dr W F Tds F d r F dt dt C C C Arbeid F1dx F2 dy F3dz Eks 2 - Alternativ 1 C r (t ) t , t 2 , t 3 r ' (t ) 1,2t ,3t 2 z (1,1,1) C y x t 0,1 En glatt parameterisering av C dr W F dr F dt F r ' (t )dt dt C C C y x 2 , z y 2 , x z 2 1,2t ,3t 2 dt Bestem arbeidet utført av kraften C C F = [ y - x2, z - y2, x - z2 ] 0, t 3 t 4 , t t 6 1,2t ,3t 2 dt C langs kurven r(t) = [ t, t2, t3 ] t 2 t 2 , t 3 t 4 , t t 6 1,2t ,3t 2 dt 0 t 1 (0 1 (t 3 t 4 ) 2t (t t 6 ) 3t 2 )dt C t 1 t 1 2 3 3 29 2 (2t 4 2t 5 3t 2 3t 8 )dt t 5 t 6 t 4 t 9 6 4 9 t 0 60 5 t 0 dr W F Tds F d r F dt dt C C C Arbeid F1dx F2 dy F3dz Eks 2 - Alternativ 2 C r (t ) t, t 2 , t 3 r ' ( t ) 1,2 t ,3t 2 z (1,1,1) t 0,1 En glatt parameterisering av C r (t ) t , t 2 , t 3 r ' (t ) 1,2t ,3t 2 C t 0,1 y x Bestem arbeidet utført av kraften W F1dx F2 dy F3dz C F = [ y - x2, z - y2, x - z2 ] dx 1dt dy 2tdt dz 3t 2 dt C langs kurven r(t) = [ t, t2, t3 ] ( y x 2 )dx (z y 2 )dy ( x z 2 )dz dx 1 dt dy 2t dt dz 3t 2 dt 0 t 1 ( t 2 t 2 )1dt ( t 3 t 4 )2 tdt ( t t 6 )3t 2 dt C t 1 t 1 2 3 3 29 2 (2 t 2 t 3t 3t )dt t 5 t 6 t 4 t 9 6 4 9 t 0 60 5 t 0 4 5 2 8 Strømning og Fluks 2D - Innledning Strømning C T F Studier av et vektorfelt F i retning langs enhetstangentvektoren T Fluks C F n Studier av et vektorfelt F i retning langs enhetsnormalvektoren n Strømning 2D - Def F representerer et kontinuerlig vektorfelt r en glatt parameterisering av C F Strømning T C dr r dr S F Tds F ds F dr ds C C C Strømningen S kalles en sirkulasjon hvis kurven C er lukket C Strømning 2D - Alternative former F representerer et kontinuerlig vektorfelt r en glatt parameterisering av C F T dr r C Strømning dr S F Tds F ds F d r ds C C C dr F dt dt C dx dy dz F1 , F2 , F3 , , dt dt dt dt C F1dx F2 dy F3dz C Fluks 2D - Def F = [ F1, F2 ] representerer et kontinuerlig vektorfelt C glatt kurve i domenet (def.mengden til F) n normal (i planet) til C k C Fluks i retning n T n F Fluks beskriver feltlinjers krysning med en kurve C. Når positiv retning på C er valgt ( T ), bestemmes positiv fluks ved at feltlinjene har komponent i retning av enhetsnormalen n gitt ved: n=Txk F nds C Fluks 2D - Alternative former F = [ F1, F2 ] representerer et kontinuerlig vektorfelt C glatt kurve i domenet (def.mengden til F) n normal (i planet) til C k C T n F Fluks beskriver feltlinjers krysning med en kurve C. Når positiv retning på C er valgt ( T ), bestemmes positiv fluks ved at feltlinjene har komponent i retning av enhetsnormalen n gitt ved: n=Txk dr dx dy T , ds ds ds i j dx dy n T k ds ds 0 0 k dy dx 0 , ds ds 1 Fluks i retning n dy dx F nds F1 , F2 , ds F1dy F2dx ds ds C C C Fluks 2D - Lukket kurve F = [ F1, F2 ] representerer et kontinuerlig vektorfelt C glatt kurve i domenet (def.mengden til F) n normal (i planet) til C C k T n F Med definisjon av fluks, ser vi at for en lukket kurve i xy-planet med positiv omløpsretning mot urviseren, vil enhetsnormalen n alltid peke ut av det omsluttede kurve-området. Dermed vil nettofluksen som krysser kurven være positiv når det går mer fluks ut enn inn av det omsluttede kurve-området. dr dx dy T , ds ds ds i j dx dy n T k ds ds 0 0 k dy dx 0 , ds ds 1 Fluks i retning n dy dx F nds F1 , F2 , ds F1dy F2dx ds ds C C C Strømning - Fluks 2D - Oppsummering k C T Strømning F C F Fluks F k C T n F S F Tds F1dx F2dy C F nds F1dy F2dx C C S F Tds Strømning Eks: Flytting av partikkel i tyngdefelt g m C Tyngdefelt (tyngdeakselerasjon) Masse av partikkel som skal flyttes g T F mg Vektorfelt: s C Arbeid utført av tyngdefeltet ved flytting av partikkelen over en strekning s av linjestykket C: g T W mgt s mg Ts F Ts C dW F Tds S W F Tds C C s g g Strømning: Arbeid utført av tyngdefeltet ved flytting av partikkelen langs kurven C T Strømning Eks: Flytting av ladning i elektrisk felt E q S F Tds C Elektrisk felt Ladning på partikkel som skal flyttes F qE Vektorfelt: E T s C Arbeid utført av det elektriske feltet ved flytting av den ladde partikkelen over en strekning s av linjestykket C: W q V qE t s qE Ts F Ts E s T C dW F Tds S W F Tds C E Strømning: Arbeid utført av det elektriske feltet ved flytting av partikkelen langs kurven C ds T C F nds Fluks Eks: Vannmengde som passerer en linje / kurve v Vannhastighet Vanntetthet (masse pr areal) Vektorfelt: F v m l s l s v n s v ns F ns t t t dm d F nds dt C C s v l = vt Vannmengde som pr tidsenhet passerer over en strekning s av linjestykket C: F nds C v C s n l = vt v C ds Fluks: Vannmengde som pr tidsenhet passerer en kurve C n , , x y z Del-operator Definisjon og anvendelse Gradient Divergens Curl Del-operator , , x y z Gradient f f f grad f f , , f , , x y z x y z Divergens F F F div F F , , F1 , F2 , F3 1 2 3 x y z x y z Curl i curl F F , , F1 , F2 , F3 x x y z F1 j y F2 Retningsderivert Fluks Sirkulasjon / Rotasjon k F3 F2 F1 F3 F2 F1 , , z y z z x x y F3 , , x y z Curl curl F F Sammenheng mellom curl og rotasjon Posisjon Hastighet v r x, y, z v r i j k r 1 2 3 2 z 3 y, 3 x 1 z, 1 y 2 x x y v r r x, y, z z i j k curl v v x y z 2 z 3 y 3 x 1 z 1 y 2 x (1 y 2 x) (3 x 1 z ), (2 z 3 y ) (1 y 2 x), (3 x 1 z ) (2 z 3 y ) z z x x y y 1 1 , 2 2 , 3 3 21 ,22 ,23 21 , 2 , 3 2 curl v 2 Konservativt vektorfelt Vei-uavhengighet F definert i et åpent område D i rommet. F dr B B La A være uavhengig av alle veier mellom A og B for alle A,B D. A Vi sier da at integralet er vei-uavhengig. Vi sier videre at F er konservativ og at vektorfeltet er konservativt. Potensial-funksjon F definert i et åpent område D i rommet. Hvis det finnes en skalar-funksjon f som er slik at F= f så kalles f for en potensial-funksjon til F og vektorfeltet kalles for et gradientfelt. F er gradienten til f Gradientfelt og vei-uavhengighet F definert i et åpent område D i rommet. Bevis del 1: Anta at det finnes en f slik at F = f. Det finnes en f slik at F = f F dr C vei-uavhengig dr C F dr C f dt dt f f f dx dy dz , , , , dt x y z dt dt dt C f dx f dy f dz dt x dt y dt z dt C df dt dt C B df df f A f (B) f (A) B C A dvs, integralet er vei-uavhengig, kun avhengig av endepunktene. Vei-uavhengighet og null-integral for lukkede kurver F definert i et åpent område D i rommet. F dr 0 Bevis: F dr 0 lukkede C i D C F d r F dr 0 C C1 C2 F d r F dr C1 F er konservativ på D (dvs vei-uavhengig) F dr C1 C2 F dr C 2 B A F d r A F d r B C2 B Langs C1 A C1 Langs C 2 Vei uavhengig Gradientfelt og curl F definert i et åpent område D i rommet. F gradientfelt curl F = 0 F F1 , F2 , F3 f f f F f , , x y z F f curl F 0 curl F 0 Bevis 1: curl F 0 F3 f 2 f f F 2 y y z yz z y z F1 f 2 f f F 3 z z x zx z x x F2 f 2 f f F 1 x x y xy y x y F F F F F F curl F 3 2 , 1 3 , 2 1 0 y z z x x y Gradientfelt og eksakt differentialform F = [ F1, F2, F3] definert i et åpent område D i rommet. Uttrykket F1dx + F2dy + F3dz er en differential form. Differentialformen kalles eksakt hvis det finnes en skalar funksjon f slik at F1dx F2dy F3dz f f f dx dy dz df x y z F f F1dx F2dy F3dz er eksakt Ekvivalens for konservativt (vei-uavhengig) felt F definert i et åpent område D i rommet. F f F konservati v (vei uavhengig) F dr 0 lukkede C i D C curl F 0 F1dx F2 dy F3dz er eksakt Konservativt vektorfelt Eks 1 - Oppgave F = [ excosy + yz, xz – exsiny, xy + z ] 1. Vis at F er konservativ (vei-uavhengig) 2. Bestem en potensialfunksjon til F 3. Bestem vei-integralet til F langs den rette linjen fra A = (1,2,3) til B = (7,9,-1) Konservativt vektorfelt Eks 1 - Løsning [1/3] F = [ excosy + yz, xz – exsiny, xy + z ] 1. Tilstrekkelig å vise at curl F = 0 i curl F F x F1 F F1 , F2 , F3 F3 xy z x 1 0 x y y F1 x e cos y yz 0 y 1 y z z F2 xz e x sin y 1 z e x sin y z e x sin y x x j x F2 k F3 F2 F1 F3 F2 F1 , , x y z z x x y F3 F2 xz e x sin y x 1 0 x z z F3 xy z 1 y 0 y x x F1 x e cos y yz e x ( sin y ) 1 z z e x y y F3 F2 F1 F3 F2 F1 x x curl F , , x x, y y, ( z e sin y ) ( z e sin y ) 0,0,0 0 z z z x y y Konservativt vektorfelt Eks 1 - Løsning [2/3] F = [ excosy + yz, xz – exsiny, xy + z ] 2. Bestem en potensialfunksjon til F Siden F er konservati v, finnes en potensialf unksjon f slik at F f F e x cos y yz , xz e x sin y, xy z f f f F f , , x y z f e x cos y yz x f g e x sin y xz y y ! xz e x sin y g 0 y g h (z) f ( x , y, z) e x cos y xyz g ( y, z) f ( x , y, z) e x cos y xyz h (z) f dh 0 xy z dz ! xy z dh z dz h 1 2 z c 2 1 f ( x , y, z) e x cos y xyz z 2 c 2 Konservativt vektorfelt Eks 1 - Løsning [3/3] F = [ excosy + yz, xz – exsiny, xy + z ] 3. Bestem vei-integralet av F langs den rette linjen fra A = (1,2,3) til B = (7,9,-1) Siden F er konservati v (dvs vei - uavhengig) , vil vei integralet til F være vei uavhengig og lik differanse n f(B) f(A) hvor A og B er henholdsvi s start og sluttpunkt av veien og hvor f er en potensialf unksjon ti l F. F f f ( x, y, z ) e x cos y xyz 1 2 z c 2 F dr f ( B) f ( A) B A ( 7 , 9 , 1) F dr f (7,9,1) f (1,2,3) (1, 2 , 3) 1 (e 7 cos 9 7 9 (1) (1) 2 c) 2 1 (e1 cos 2 1 2 3 32 c) 2 7 e cos 9 e cos 2 73 ( 1.071 103 ) Konservativt vektorfelt Eks 2 - Oppgave 1. Vis at ydx + xdy + 4z er eksakt 2. Bestem følgende integral langs den rette linjen mellom de gitte punktene: ( 2 , 3, 1) ydx xdy 4dz (1,1,1) A (1,1,1) B (2,3,-1) Konservativt vektorfelt Eks 2 - Løsning [1/4] F F1 , F2 , F3 y, x ,4 F d r F1dx F2dy F3dz C 1. Tilstrekkelig å vise at curl F = 0 F F1 , F2 , F3 F F F F F F curl F 3 2 , 1 3 , 2 1 y z z x x y F3 4 0 y y F1 y 0 z z F2 x 1 x x F2 x 0 z z F3 4 0 x x F1 y 1 y y C ydx xdy 4dz C F F F F F F curl F 3 2 , 1 3 , 2 1 y z z z x y 0 0,0 0,1 1 0,0,0 0 Herav: ydx + xdy + 4dz er eksakt Konservativt vektorfelt Eks 2 - Løsning [2/4] 2. Bestemmelse av potensialfunksjon f F F1 , F2 , F3 y, x ,4 F d r F1dx F2dy F3dz C C ydx xdy 4dz C Siden ydx xdy 4dz er eksakt, finnes en potensialf unksjon f slik at F f F y , x, 4 f f f F f , , x y z f y x ! f g x x y y g 0 g h( z ) y ! f dh 0 4 z dz dh 4 h 4z c dz f ( x, y, z ) xy g ( y, z ) f ( x, y, z ) xy h( z ) f ( x, y, z ) xy 4 z c Konservativt vektorfelt Eks 2 - Løsning [3/4] F = [ y, x, 4] A (1,1,1) 2. Bestem vei-integralet av F langs den rette linjen fra A = (1,1,1) til B = (2,3,-1) Siden F er konservati v (dvs vei - uavhengig) , vil vei integralet til F være vei uavhengig F B (2,3,-1) F f f ( x, y, z ) xy 4 z c og lik differanse n f(B) f(A) hvor A og B er henholdsvi s start og sluttpunkt av veien og hvor f er en potensialf unksjon ti l F. F dr f ( B) f ( A) B A ( 2 , 3, 1) F dr f (2,3,1) f (1,1,1) (1,1,1) (2 3 4 (1) c) (1 1 4 1 c) 3 Konservativt vektorfelt Eks 2 - Løsning [4/4] 2. Integralet kan også løses direkte A (1,1,1) F Retnings vektor : A v 2 1,3 1,1 1 1,2,3 Glatt parameterf remstillin g av linjen AB : r (t) r0 tv B ( 2 , 3, 1) ydx xdy 4dz (1,1,1) 1,1,1 t 1,2,3 1 t ,1 2t ,1 2t x 1 t B (2,3,-1) dx dt y 1 2t dy 2dt z 1 2t dz 2dt t 1 (1 2t ) 1 (1 t ) 2 4 (2)dt t 0 t 1 (4t 5)dt 2t 5t t 0 2 t 1 t 0 3 F nds Divergens Curl (Flukstetthet) d divF F lim C dA A0 A dC curl F F lim C dA A0 A (Sirkulasjonstetthet) Fluks F nds F1dy F2dx C k C Strømning T dA dC C k T n C F Divergens A C S F Tds F1dx F2dy C n F nds F F nds d divF F lim lim C dA A0 A A0 A Curl F Tds dC C curl F F lim lim C dA A0 A A0 A F nds dC dA F Tds dC dA F( x, y) F1 ( x, y), F2 ( x, y) F nds F1dy F2dx Divergens (Flukstetthet) Def - 2D [1/3] C j i 4 F4 (i ) y ( x, y ) F4 F ( x, y ) j 3 F3 j x F3 F ( x, y y) F2 F ( x x, y ) F1 F ( x, y) 1 F1 ( j ) x C ( x x, y y) i 2 F2 i y y y x x Netto fluks ut av rektanglet 1 2 3 4 F1 ( j ) x F2 i y F3 j x F4 (i ) y F ( x, y ) ( j ) x F ( x x, y ) i y F ( x, y y ) j x F ( x, y ) (i ) y F( x, y) F1 ( x, y), F2 ( x, y) Divergens (Flukstetthet) Def - 2D [2/3] Netto fluks ut av rektangele t F nds F1dy F2dx C C F F div F F , F1 , F2 1 2 x y x y 1 2 3 4 F1 ( j ) x F2 i y F3 j x F4 (i ) y F ( x, y ) ( j ) x F ( x x, y ) i y F ( x, y y ) j x F ( x, y ) (i ) y F2 ( x, y ) x F1 ( x x, y ) y F2 ( x, y y ) x F1 ( x, y ) y F2 ( x, y y ) F2 ( x, y )x F1 ( x x, y ) F1 ( x, y )y F ( x, y y ) F2 ( x, y ) F1 ( x x, y ) F1 ( x, y ) 2 xy y x F ( x, y y ) F2 ( x, y ) F1 ( x x, y ) F1 ( x, y ) 2 xy y x F2 ( x, y y ) F2 ( x, y ) F1 ( x x, y ) F1 ( x, y ) F2 F1 F1 F2 d lim lim y x x y F dA x ,y 0 xy x ,y 0 y x Divergens (Flukstetthet) Def - 2D [3/3] F nds d divF lim lim C x , y 0 dA xy x ,y 0 xy F D F nds d lim C lim divF 0 y , x xy x ,y 0 xy dA F nds dC C dy dA A dx dxdy F nds dC dxdy F n B 1 1 ( F2 )dx F1dy F2 dx ( F1 )dy F n ds F n ds F n ds F n ds dxdy dxdy bunn bunn venstre topp høyre venstre topp høyre 1 F2 dx F1dy F2 dx F1dy dxdy bunn venstre topp høyre 1 F1dy F1dy F2 dx F2 dx dxdy høyre bunn topp venstre F2 F1 1 1 dydx dxdy dx ) F F ( dy ) F F ( 1høyre 1venstre y x 2topp 2bunn dxdy vertikalt dxdy vertikalt horisontalt horisontalt F2 1 F1 dx dy dy dx y dx dxdy x dy F1 F2 , F1 , F2 F x y x y F 1 F1 dxdy 2 dydx y dxdy x Divergens (Flukstetthet) Eks 1 - Fortegn - 2D d F F div F F , F1 , F2 1 2 dA x y x y Ekspanderende gass i punktet (x0,y0) div F ( x0 , y0 ) 0 Komprimerende gass i punktet (x0,y0) div F ( x0 , y0 ) 0 Divergens (Flukstetthet) Eks 2 - 2D F F div F F , F1 , F2 1 2 x y x y Finn divergensen av F(x,y) = [ F1, F2] = [ x2 – y, xy – y2 ] F F div F F , F1 , F2 1 2 x y x y 2 ( x y) ( xy y 2 ) x y 2x x 2 y 3x 2 y F( x, y) F1 ( x, y), F2 ( x, y) Curl (Sirkulasjonstetthet) Def - 2D [1/3] C C3 F3 (i ) x F3 F ( x, y y) i j C4 F4 ( j ) y F4 F ( x, y ) C F Tds Mdx Ndy C C ( x, y ) S F Tds F1dx F2 dy i C ( x x, y y) j C F F2 F ( x x, y ) 2 2 j y F1 F ( x, y) C1 F1 i x y y x x Sirkulasjo n rundt rektanglet (retning mot klokka) : C C1 C2 C3 C4 F1 i x F2 j y F3 (i ) x F4 ( j ) y F ( x, y ) i x F ( x x, y ) j y F ( x, y y ) (i ) x F ( x, y ) ( j ) y F( x, y) F1 ( x, y), F2 ( x, y) Curl (Sirkulasjonstetthet) Def - 2D [2/3] Sirkulasjo n rundt rektangele t S F Tds F1dx F2 dy C C F F curl F F , F1 , F2 0,0, 2 1 x y x y C C1 C2 C3 C4 F1 i x F2 j y F3 (i ) x F4 ( j ) y F ( x, y ) i x F ( x x, y ) j y F ( x, y y ) (i ) x F ( x, y ) ( j ) y F1 ( x, y ) x F2 ( x x, y ) y F1 ( x, y y ) x F1 ( x, y y ) F1 ( x, y )x F2 ( x x, y ) F2 ( x, y )y F2 ( x, y ) y F ( x, y y ) F1 ( x, y ) F2 ( x x, y ) F2 ( x, y ) 1 xy y x C F ( x x, y ) F2 ( x, y ) F1 ( x, y y ) F1 ( x, y ) 2 xy x y F2 ( x, y y ) F2 ( x, y ) F1 ( x x, y ) F1 ( x, y ) F2 F1 dC C lim lim x y ( F ) k dA x ,y 0 xy x ,y 0 x y F( x, y) F1 ( x, y), F2 ( x, y) S F Tds F1dx F2 dy Curl (Sirkulasjonstetthet) Def - 2D [3/3] C C D F Tds dC C lim lim C dA x ,y 0 xy x ,y 0 xy F Tds dC dy dA A dx dxdy F C T B 1 1 F T ds F T ds F T ds F T ds F dx F dy ( F ) dx ( F ) dy 1 2 topp 1 2 dxdy bunn dxdy bunn høyre topp venstre høyre venstre 1 F1dx F2 dy F1dx F2 dy dxdy bunn høyre topp venstre 1 1 F2 F1 dxdy dydx ( F2 høyre F2venstre )dy ( F1topp F1bunn )dx dxdy vertikalt y horisontalt horisontalt dxdy vertikalt x 1 F2 F1 dx dy dy dx dxdy x dy y dx F2 F1 ( F ) k x y 1 F2 dy F2 dy ( F1dx F1dx) dxdy høyre venstre topp bunn 1 F2 F1 dxdy dydx dxdy x y F F curl F F , F1 , F2 0,0, 2 1 x y x y Curl (Sirkulalsjonstetthet) Eks 1 - Fortegn - 2D k F F curl F F , F1 , F2 0,0, 2 1 x y x y Rotasjon mot klokka i punktet (x0,y0) curl F ( x0 , y0 ) k 0 k Rotasjon med klokka i punktet (x0,y0) curl F ( x0 , y0 ) k 0 Divergens Curl Divergens (Flukstetthet (Sirkulasjonstetthet) 1 div F F lim F nds A 0 A C C A n Curl F 1 (curl F) k ( F) k lim F Tds A 0 A C C A T F Curl (Sirkulasjonstetthet) Eks 2 - 2D Finn curl F til F F curl F F , F1 , F2 0,0, 2 1 x y x y F(x,y) = [ F1, F2 ] = [ x, y ] curl F F , F1 , F2 x y i j k 0 x y F1 F2 0 F F 0,0, 2 1 x y 0,0, ( y) ( x ) x y 0,0,0 0 0,0,0 0 Ingen rotasjons-tendens Curl (Sirkulasjonstetthet) Eks 3 - 2D Finn curl F til F F curl F F , F1 , F2 0,0, 2 1 x y x y F(x,y) = [ F1, F2 ] = [ -y, x ] Finn k-komponenten curl til F(x,y) = [ M, N] = [ x2 – y, xy – y2 ] curl F F , Fav 1 , F2 x y i j k i j k 0 N M (curl 0 x F ) yk F , M , N x y x y x y F1 F2 0 M N 0 F F 2 0,0, 2 1 2 ( xy y ) ( x y) x y x y y 1 0,0, ( x ) ( y) x y 0,0,1 1 0,0,2 2k Rotasjons-tendens Curl (Sirkulasjonstetthet) Eks 4 - 2D Finn k-komponenten av curl F til F(x,y) = [ F1, F2 ] = [ x2 – y, xy – y2 ] (curl F) k ( F) k , F1 , F2 k x y i j k F F 0 k 0,0, 2 1 0,0,1 x y x y F F 0 2 1 F F 2 1 x y ( xy y 2 ) ( x 2 y) x y y 1 F F curl F F , F1 , F2 0,0, 2 1 x y x y Curl (Sirkulasjonstetthet) Fysisk tolkning av curl - 2D F F curl F F , F1 , F2 0,0, 2 1 x y x y dC F F F F (curl F) k ( F) k , F1 , F2 k 0,0, 2 1 k 2 1 dA x y x y x y W C F Tds (curl F) kdA C R curl F konstantve ktor Ikke konstant curl : La R være liten og benytt (iflg.midd elverdiset ningen) (curl F(c, d)) k(c, d) R (curl F) k R C k T W Arealet av R curl F er arbeid pr enhetsareal der F er bidraget til en rotasjon rundt randen til R. curl F peker rett opp når arbeidet er positivt, rett ned når arbeidet er negavivt. curl F sier noe om kraftfeltets tendens til å gi rotasjon (styrke og retning) i et gitt punkt. F Greens teorem Def - 2D Fluks - Divergens - Normalform F1 F2 dxdy div FdA FdA F nds F1dy F2 dx x y C C R R R Sirkulasjon - Curl - Tangentiell form F2 F1 dxdy (curl F) kdA ( F) kdA C F Tds F1dx F2 dy x y C C R R R F1, F2 kontinuerlig deriverbare funksjoner på D R2. C stykkevis glatt, enkel, lukket kurve med positiv omløpsretning. Det lukkede område R på og innenfor C ligger i D. Greens teorem Def - 2D - Fig F1, F2 kontinuerlig deriverbare funksjoner på D R2. C stykkevis glatt, enkel, lukket kurve med positiv omløpsretning. Det lukkede område R på og innenfor C ligger i D. Green - Fluks - Divergens - Normalform F nds F1dy F2 dx C F F 1 2 dxdy divFdA FdA x y R R R C R C n F Green - Sirkulasjon - Curl - Tangentiell form C F Tds F1dx F2 dy C C F F 2 1 dxdy (curlF ) k dA ( F ) k dA x y R R R C R T F Greens teorem Def - 2D Normalform F1, F2 kontinuerlig deriverbare funksjoner på D R2. C stykkevis glatt, enkel, lukket kurve med positiv omløpsretning. Det lukkede område R på og innenfor C ligger i D. Green - Fluks - Divergens - Normalform F nds F1dy F2 dx C R C F F 1 2 dxdy divFdA FdA x y R R R n C F Normalformen av Greens teorem sier at kurveintegralet av normalkomponenten av F langs C, dvs fluksen av F ut av den lukkede kurven C, er lik dobbeltintegralet av divergensen til F over det indre området R av kurven C, dvs summen av fluksen ut av alle infinitesimale kurver i det indre området R. Greens teorem Def - 2D Tangentiellform F1, F2 kontinuerlig deriverbare funksjoner på D R2. C stykkevis glatt, enkel, lukket kurve med positiv omløpsretning. Det lukkede område R på og innenfor C ligger i D. Green - Sirkulasjon - Curl - Tangentiell form C F Tds F1dx F2 dy C C F2 F1 dxdy (curlF ) k dA ( F ) k dA x y R R R C R T F Tangentiellformen av Greens teorem sier at kurveintegralet av tangentiellkomponenten av F langs C, dvs sirkulasjonen av F langs den lukkede kurven C, er lik dobbeltintegralet av k-komponenten til curlen til F over det indre området R av kurven C, dvs summen av sirkulasjonen langs alle infinitesimale kurver i det indre området R. Greens teorem Def - 2D - Part F1, F2 kontinuerlig deriverbare funksjoner på D R2. C stykkevis glatt, enkel, lukket kurve med positiv omløpsretning. Det lukkede område R på og innenfor C ligger i D. Green - Fluks - Divergens - Normalform F nds F1dy F2 dx C F F 1 2 dxdy divFdA FdA x y R R R C R C n F Green - Sirkulasjon - Curl - Tangentiell form C F Tds F1dx F2 dy C C F F 2 1 dxdy (curlF ) k dA ( F ) k dA x y R R R C R T F Greens teorem Bevis-skisse - Curl / Div - 2D C y Ci,j+1 III Ci+1,j+1 IV RP Ri,j Ci,j Ci+1,j Ri,j II I x C F Tds lim C P 0 F nds lim C P 0 F Tds lim RP P 0 F nds lim RP P 0 i j Ci , j i F Tds F nds j Ci , j r r ( x ) x, y j1 II r r ( y) x i , y III r r ( x ) x, y j IV r r ( y) x i 1 , y I x i 1 x x i y j1 y y j x fra x i til x i 1 y fra x j til y j1 F2 F1 F T ds C R x y dA Greens teorem Bevis-skisse - Curl - 2D F Tds Ci , j F dx F dy 1 2 Ci , j F1dx F2 dy F1dx F2 dy I II III F ( x, y 1 j 1 )dx xi 1 F ( x , y)dy F ( x, y )dx F ( x 2 i F ( x, y 1 j 1 1 xi 1 , y )dy yj F ( x , y) F ( x 2 i 1 2 yj i 2 i 1 , y )dy x y j 1 yj yj i F1 F dydx 2 dxdy y x xi 1 y j 1 y j 1 xi 1 xi j xi ) F1 ( x, y j ) dx T y j 1 xi 1 y j 1 xi F IV yj xi C y F F 2 1 dA x y Rij x F2 i j Ci , j i j R ij F F F Tds 2 1 dA P 0 x y i j Ci , j R F Tds lim C III F F F C Tds R x2 y1 dA F1 F Tds x y dA IV Ri,j I II r r ( x ) x, y j1 II r r ( y) x i , y III r r ( x ) x, y j IV r r ( y) x i 1 , y I x i 1 x x i y j1 y y j x fra x i til x i 1 y fra x j til y j1 F1 F2 F n ds C R x y dA Greens teorem Bevis-skisse - Div - 2D F nds Ci , j F dy F dx 1 2 Ci , j F2 dx F1dy F2 dx F1dy I II III xi F2 ( x, y j1 )dx x i1 F (x , y)dy F (x, y )dx F (x 1 i 1 i 1 i 1 , y)dy y j1 y j xi n y j1 x i1 2 y j1 F (x , y) F (x F IV yj yj C y j xi 1 i 1 , y)dy yj F (x, y ) F (x, y )dx xi 2 j 2 x j1 x i1 yj i F1 F dxdy 2 dydx x y y j1 x i1 x i1 y j1 x F F 1 2 dA x y R ij F1 i j Ci , j i j R ij F F F nds 1 2 dA P 0 x y i j Ci , j R F nds lim C III F F F C nds R x1 y2 dA F2 F nds x y dA IV Ri,j I II r r ( x ) x, y j1 II r r ( y) x i , y III r r ( x ) x, y j IV r r ( y) x i 1 , y I x i 1 x x i y j1 y y j x fra x i til x i 1 y fra x j til y j1 Greens teorem Fysisk tolkning - Uten hull F1 F2 F n ds C R x y dA F2 F1n hull F T ds C R x y dA Green - Fluks - Divergens - Normalform F nds F1dy F2 dx C R C F F 1 2 dxdy divFdA FdA x y R R R C Green - Sirkulasjon - Curl - Tangentiell form C F Tds F1dx F2 dy C R C F F 2 1 dxdy (curlF ) k dA ( F ) k dA x y R R R C Positiv og negativ fluks Def - 2D - Fig Green - Fluks - Divergens - Normalform F nds F1dy F2 dx C C F F 1 2 dxdy divFdA FdA x y R R R Flom Positiv fluks Uttapping av vann Negativ fluks Elektrisk felt Positiv fluks / Negativ fluks Elektrisk felt Null fluks E Greens teorem Eks 1 - 2D F1 F2 F n ds F dy F dx dA div F dA F 2 C C 1 R x y R R dA F2 F1 F T ds F dx F dy dA ( curl F ) k dA ( F ) kdA 2 C C 1 R x y R R Verifiser Greens teorem for vektorfeltet F(x,y) = [ x – y, x ] over området R begrenset av sirkelen C: r(t) = [ cost, sint] 0 t 2 x cos t dx sin tdt y sin t dy cos tdt F1 x y cos t sin t F2 x cos t F1 F1 1 1 x y F2 F2 1 0 x y 2 2 2 1 cos 2t 2 C F nds C F1dy F2 dx 0 (cos t sin t )(cos t ) (cos t )( sin t )dt 0 cos tdt 0 2 dt F1 F2 2 div F dA F dA R R R x y dA R (1 0)dxdy R dxdy 1 Normalform Fluks 2 2 2 1 2 C F Tds C F1dx F2dy 0 (cos t sin t )( sin t ) (cos t )(cos t )dt 0 (1 sin t cos t )dt t 2 cos t 2 0 F2 F1 2 ( curl F ) k dA ( F ) k dA R R R x y dA R (1 (1))dxdy 2R dxdy 2 1 2 Tangentialform Sirkulasjon Greens teorem Områder med hull - 2D [1/2] C1 y R ? C1 x R C1 y C11 R1 R2 R1 C 21 C2 A J2 R2 C22 J1 C11 J 2 C 21 J1 C11 C12 B x C1 C 21 C 22 C2 C1 C12 C12 J1 C 22 J 2 C2 Greens teorem Områder med hull - 2D [2/2] y C1 C11 R1 C 21 J2 R2 C2 J1 C22 C12 F1 F2 F n ds F n ds C C R x y dA 1 2 F2 F1 F T ds F T ds C C R x y dA 1 2 1 hull F1 F2 dA F n ds F n ds i C x y Ci R F2 F1 dA F T ds F T ds i C x y Ci R n hull x C y R C1 C3 C2 x Greens teorem Fysisk tolkning - Med hull F1 F2 dA ds n F ds n F i C y x R Ci F2 F1 n hull dA ds T F ds T F C y x i Ci R Green - Fluks - Divergens - Normalform F nds F nds C R i Ci F1 F2 dxdy divFdA FdA x y R R R C Green - Sirkulasjon - Curl - Tangentiell form C F Tds F Tds C R i Ci F2 F1 dxdy (curlF ) k dA ( F ) k dA x y R R R C Greens teorem Områder med hull - Eks - 2D [1/3] Gitt vekto rfeltet Bestem F ( x, y ) F Tds 1 y, x x2 y2 ( x, y ) (0,0) hull C når C er en enkel, lukket, glatt kurve (i planet) som går rundt origo i positiv retning . Siden (0,0) er et hull, får vi : y C Ca x F2 F1 F T ds F T ds C C R x y dA a hvor Ca er en lukket kurve (rotasjon med klokka) om punktet (0,0). Vi velger å la Ca være en sirkel med radius a om origo. Greens teorem Områder med hull - Eks - 2D [2/3] F ( x, y ) y C Ca x 1 y, x 2 2 x y ( x, y ) (0,0) hull F2 F1 F T ds F T ds C C R x y dA a F1 y x 2 y2 F2 x x 2 y2 1 1 F2 x 2 x x 2 y 2 1 x 2 y 2 x (1) x 2 y 2 2 x x x y x 1 2x 2 x 2 y2 2x 2 y2 x 2 2 2 2 2 2 2 2 2 x y2 x 2 y2 2 x y x y x 2 y2 F1 y y x 2 y2 y2 x 2 2 2 2 y y x 2 y 2 y x y 2 x 2 y2 x 2 y2 F2 F1 y2 x 2 y2 x 2 0 2 2 2 2 2 2 x x x y x y 2 2x (symmetri ) Greens teorem Områder med hull - Eks - 2D [3/3] F ( x, y ) y C Ca 1 y, x 2 2 x y ( x, y ) (0,0) hull x r (t ) a cos t, a sin t t 0,2 F2 F1 F T ds F T ds C C R x y dA 0 a F Tds F Tds F Tds C Ca F dr Ca Ca 1 C a 2 a sin t, a cos t a sin t, a cos t dt a sin Ca 2 2 t cos t dt dt 2 2 0 F1 F2 F n ds F dy F dx 1 2 C C R x y dA F2 F1 F T ds F dx F dy 1 2 C C R x y dA Greens teorem Eks - 2D [1/4] Uten Greens teorem Beregn både med og uten Greens teorem : y 1 xydy y dx 2 III C II IV C I 1 Uten Greens teorem : 2 2 2 2 xydy y dx x y dy y dx x ydy y dx x y dy y dx x ydy y dx 1 0 0 0 2 C I 0 0 0 II III ydy 0 x 1 1 (1)dx II y 1 1 0 III y 1 1 3 x 1 1 ydy dx y 2 x x 0 1 2 2 2 y 0 y 0 x 0 IV 0 x Greens teorem Eks - 2D [2/4] Med Greens teorem (normal/tangential) 2 xydy y dx Beregn I tillegg til direkte beregning, kan integralet beregnes vha Greens teorem, enten vha fluks- eller sirkulasjons-betraktninger. C y 1 III C II IV I 1 F1 F2 F n ds F dy F dx 1 2 C C R x y dA F2 F1 F T ds F dx F dy 1 2 C C R x y dA x Fluks Sirkulasjon xydy y dx xydy y dx C C F = [ xy, y2 ] F = [ -y2,xy ] 2 2 F1 F2 F n ds F dy F dx 1 2 C C R x y dA F2 F1 F T ds F dx F dy 1 2 C C R x y dA Greens teorem Eks - 2D [3/4] Normalform Beregn både med og uten Greens teorem : 2 xydy y dx y 1 C III C II IV 1 I Med Greens teorem - Normalform (fluks) : 2 xydy y dx C F1 F2 F dy F dx 2 C 1 R x y dA F xy , y 2 y 2 y dA R y 1 x 1 y 1 y 1 3 x 1 1 2 ydx dy 3 xy dy 3 ydy 3 y x 0 2 y 0 2 y 0 x 0 y 0 y 0 3 ydA 3 R y 1 x F1 F2 F n ds F dy F dx 1 2 C C R x y dA F2 F1 F T ds F dx F dy 1 2 C C R x y dA Greens teorem Eks - 2D [4/4] Tangentiellform Beregn både med og uten Greens teorem : 2 xydy y dx y 1 C III C II IV 1 I Med Greens teorem - Tangentiel lform (sirkulasj on) : 2 xydy y dx C F2 F1 F dx F dy 2 C 1 R x y dA F y 2 , xy y 2 y dA R y 1 x 1 y 1 y 1 3 x 1 1 2 ydx dy 3 xy dy 3 ydy 3 y x 0 2 y 0 2 y 0 x 0 y 0 y 0 3 ydA 3 R y 1 x F1 F2 F n ds F dy F dx 1 2 C C R x y dA F2 F1 F T ds F dx F dy 1 2 C C R x y dA Greens teorem Eks - Kurve C [1/4] Tangentiellform Bestem hvilken lukket kurve C orientert i positiv retning (mot klokka) i planet som gir minimumsverdi av følgende integral: 2 2 ( 4 y x 2 x ) dy ( x y 3x 2 y)dx C C2 C1 C3 F1 F2 F n ds F dy F dx 1 2 C C R x y dA F2 F1 F T ds F dx F dy 1 2 C C R x y dA Greens teorem Eks - Kurve C [2/4] Tangentialform 2 2 ( 4 y x 2 x ) dy ( x y 3x 2 y)dx R2 C C2 C1 Med Greens teorem - Tangentiel lform (sirkulasj on) : F F1 , F2 ( x 2 y 3 x 2 y ), 4 y 2 x 2 x R1 C3 R3 2 2 ( 4 y x 2 x ) dy ( x y 3 x 2 y )dx F1dx F2 dy C C F F 2 1 dA (4 y 2 2) ( x 2 2) dA x 2 4 y 2 4 dA x y R R R (4 y x 2 x)dy ( x 2 C 2 y 3x 2 y )dx x 2 4 y 2 4 dA R F1 F2 F n ds F dy F dx 1 2 C C R x y dA F2 F1 F T ds F dx F dy 1 2 C C R x y dA Greens teorem Eks - Kurve C [3/4] Tangentialform (4 y x 2 x)dy ( x 2 2 y 3x 2 y )dx x 4 y 4 dA C 2 2 R Siden integranden i dobbeltintegralet over R er null på ellipsen C, positiv utenfor ellipsen C og negativ innenfor ellipsen C, så vil dobbeltintegralet (summeringen) gi en minimum verdi når området R er området innenfor den gitte ellipsen C. R2 C2 C1 C3 x2 4 y2 4 x2 y2 2 1 2 2 1 Ellipsen C x2 4 y 2 4 0 R1 R3 x2 4 y2 4 0 C R x2 4 y 2 4 0 x2 4 y 2 4 0 F1 F2 F n ds F dy F dx 1 2 C C R x y dA F2 F1 F T ds F dx F dy 1 2 C C R x y dA Greens teorem Eks - Kurve C [4/4] Tangentialform (4 y x 2 x)dy ( x 2 2 y 3x 2 y )dx x 4 y 4 dA C 2 2 x2 4 y2 4 0 x2 y2 2 1 2 2 1 R F F1 , F2 ( x 2 y 3x 2 y),4 y 2 x 2 x C Ellipsen C C Greens teorem Areal som sirkel-integral - Innledning Arealet av et område R i planet er gitt ved: A dA y R R C Vi skal se hvordan vi vha Greens teorem kan finne en formel for areal som enkelt sirkel-integral langs konturen av området. Det finnes uendelig mange slike formler. Dette betyr at det er mulig å bestemme arealet av et område ved å bevege seg rundt området når vi til enhver tid kjenner til hvor langt vi beveger oss og i hvilken retning vi beveger oss. x A dA xdy R Greens teorem C Areal som sirkel-integral - Tangentiell form - Def 1 Greens teorem (tangentiell form): F2 F1 F T ds F dx F dy 2 C C 1 R x y dA y A dA Arealet av området R: R R Greens teorem (tangentiell form) beregner arealet av R hvis: Mulig løsning: F2 1 x F2 x F2 F1 1 x y C x F1 0 y F1 0 A dA xdy R A dA 1 0dA 0 dx xdy xdy R R C C C A dA ydx R Greens teorem C Areal som sirkel-integral - Tangentiell form - Def 2 Greens teorem (tangentiell form): F2 F1 F T ds F dx F dy 2 C C 1 R x y dA y A dA Arealet av området R: R R Greens teorem (tangentiell form) beregner arealet av R hvis: Mulig løsning: F2 0 x F2 0 F2 F1 1 x y C x F1 1 y F1 y A dA ydx R A dA 0 (1) dA y dx 0 dy ydx R R C C C A dA Greens teorem R 1 xdy ydx 2 C Areal som sirkel-integral - Tangentiell form - Def 3 Greens teorem (tangentiell form): F2 F1 F T ds F dx F dy 2 C C 1 R x y dA Arealet av området R: y A dA R R Greens teorem (tangentiell form) beregner arealet av R hvis: Mulig løsning: F2 1 x 2 1 F2 x 2 F2 F1 1 x y F1 1 y 2 1 F1 y 2 1 1 1 A dA dA xdy y dx 2 2 2C R R C x A dA R 1 xdy ydx 2C Greens teorem A dA xdy ydx R C C Areal som sirkel-integral - Tangentiell form - Eks 1 Beregn arealet av et rektangel med sider a og b A xdy C x dy x dy x dy x dy I y b III 0 II II I a III 0 ady 0 0 C IV II a yb x a dy y 0 ay y 0 yb ab 0 IV 0 1 xdy ydx 2 C A dA xdy ydx Greens teorem R C C 1 xdy ydx 2 C Areal som sirkel-integral - Tangentiell form - Eks 2 Beregn arealet av en sirkel med radius a A y 1 2 C a 1 xdy - ydx 2 C x 1 2 r (t) acost, asint t 0,2 x a cos t dx a sin tdt y a sin t dy a cos tdt t 2 a cos t a cos t a sin t (a sin t )dt t 0 t 2 a 2 cos 2 t a 2 sin 2 t dt t 0 1 a2 2 1 a2 2 t 2 cos 2 t sin 2 t dt t 0 t 2 dt t 0 1 1 t 2 a 2 t t 0 a 2 2 a 2 2 2 Flate-integral Areal dS Areal - Def S R f dA f p f S beskrevet av nivåflaten f(x,y,z) = c z Planområdet R er projeksjonen av S (på figuren projeksjonen ned i xy-planet) S p enhetsnormalvektor på planområdet R p y R x Arealet av S er gitt ved: Areal dS S R f dA f p Flate-integral Areal dS Areal - Bevis [1/2] S v P S u R Q P’ u' v' p S’ A Q’ R’ PQRS parallellogram p enhetsnormalvektor på flaten A A (u v) p R u PP' P' Q' Q' Q PP' u' Q' Q u' PP' Q' Q u' P' P Q' Q u' Q' Q P' P u'sp v PP' P' S' S' S PP' v' S' S v' PP' S' S u' P' P S' S u' S' S P' P v' tp u v (u'sp) ( v' tp) u'v'sp v' t u'p stp p p p (u v) p (u'v' ) p (u v) p (u'v' ) p u'v' p cos u'v' A 1 0 f dA f p Flate-integral Areal A dS dS Areal - Bevis [2/2] SS f u k vk p S Ak uk p vk Pk R ΔA k (u k v k ) p u k v k p cosγ k ΔPk cosγ k f p f p cosγ k f cosγ k Ak ΔA k cosγ k ΔPk f p cosγ k f Areal ΔPk f ΔA k f p ΔA k f p f R f dA f p RR ff dA dA ff pp Flate-integral Areal dS Areal - Eks S R f dA f p Finn arealet av paraboloideflaten x2 + y2 – z = 0 når paraboloiden kuttes av planet z = 4. La f(x,y,z) = x2 + y2 – z. Da er flaten S gitt ved nivåflaten f(x,y,z) = 0. f(x, y, z) x 2 y 2 z f f f f , , 2x,2y, 1 x y z f (2x) 2 (2y) 2 (1) 2 4x 2 4y 2 1 f p 2x,2y, 1 0,0,1 2x 0 2y 0 (1) 1 1 f p 1 1 4 p 0,0,1 S x 2 y 2 22 R A R 2π 2 0 0 f dA f p R 4x 2 4y 2 1 dA 4x 2 4y 2 1dxdy 1 R 2 2π 3 3 1 2 1 π 2 2 4r 1rdrdθ (4r 1) dθ (17 2 1)dθ (17 17 1) 12 12 0 6 0 2π 0 Flate-integral Areal dS Areal - Spesialtilfeller S R f dA f p Flate z = f(x,y) La F(x,y,z) = z – f(x,y) S er da gitt ved nivåflate F(x,y,z) = 0 4 F(x, y, z) z f(x, y) F F F f f F , , , ,1 f x ,f y ,1 x y z x y x 2 y 2 22 F (f x ) 2 (f y ) 2 12 1 f x f y F p f x ,f y ,1 0,0,1 (f x ) 0 (f y ) 0 11 1 F p 1 1 2 p 0,0,1 S R 2 z f(x, y) A 1 f x f y dxdy 2 2 R x f(y, z) z f(x, y) A R F dA F p R 1 fx fy 2 1 A 1 f y f z dydz 2 2 R 2 dA 1 f x f y dxdy 2 R 2 y f(x, z) A 1 f x f z dxdz 2 R 2 Flate-integral Flate - integral av g over S gd S g Def S f dS S p S g R p Flate gitt ved f(x,y,z) = c Kontinuerlig funksjon på S Projeksjonen av S Enhetsnormal på R R dA Flate integral av g over S gd S S g R f dA f p dS f dA f p R f dA f p f F ndS F n dA f p S R Fluks 3D - Def f F n dS S p dA S F R p Flate gitt ved f(x,y,z) = c 3-dim vektorfelt Projeksjonen av S Enhetsnormal på R R Fluks av et 3 - dim vektorfel t F over en orientert flate S i retning n f F ndS F n dA f p S R dS f dA f p f F ndS F n dA f p S R Fluks 3D - Eks Finn fluksen av F = [ 0, yz, z2 ] ut av flaten S avkuttet fra sylinderen y2 + z2 = 1, z 0 og planene x = 0 og x = 1. f(x, y, z) y 2 z 2 S nivåflaten f(x, y, z) 1 f f f f , , 0,2y,2z x y z f 0 2 (2y) 2 (2z) 2 4y 2 4z 2 2 y 2 z 2 2 1 2 z n F y f 0,2y,2z n 0, y, z f 2 F n 0, yz, z 2 0, y, z y 2 z z 3 z(y 2 z 2 ) z 1 z f p 0,2y,2z 0,0,1 2z f p 2z 2z x f 2 F ndS F n dA z dA dA 2 1 2 f p 2z S R R R Masse, moment og massesenter til tynne skall Def Masse M dm δdS S Moment S M yz xδdS M xz xδdS S Massesenter Treghetsmoment x S M yz M I x ( y 2 z 2 )dS S Gyrasjonsradius RL M xy zδdS y S M xz M I y ( x 2 z 2 )dS S IL M z M xy M I z ( x 2 y 2 )dS S I L r 2 δdS S f dA M xy f p z S S M S δdS δ f dA f p S zδdS Massesenter til tynne skall Eks Finn massesenteret til et tynt halvkuleskall med radius a og konstant massetetthet . Symmetri f(x, y, z) x 2 y 2 z 2 S nivåflaten f(x, y, z) a 2 f f f f , , 2x,2y,2z x y z z S R x xy0 zδ y f (2x) 2 (2y) 2 (2z) 2 4x 2 4y 2 4z 2 2 x 2 y 2 z 2 2a f p 2x,2y,2z 0,0,1 2z f p 2z 2z M δdS δ S dS S 1 δ 4a 2 δ2πa 2 2 Arealet av S M xy zδdS δ zdS δ z S S R f 2a dA δ z dA aδ f p 2z R dA S Arealet av R δπa 3 a z M δ2πa 2 2 M xy aδa 2 δπa 3 Parameteriserte flater Kurve Def Flate z r r (t) r r (u, v) b C r r (t) a r(t) y [ ] t x z v r r (u, v) S r(u,v) u y x Parameteriserte flater Areal dS Areal S f v r (u, v) v D (u,v) u dA ru rv dudv f p D ru rv p S R f S f p rv v S r (u, v) ru u u A r (u Δu, v) r (u, v) ru Δu r (u, v Δv) r (u, v) rv Δv ΔS ru Δu rv Δv ru rv ΔuΔv A R r (u Δu, v) r (u, v) ru Δu r (u, v Δv) r (u, v) rv Δv Areal dS S R f dA ru rv dudv f p D Flate integral Parameteriserte flater gdS g Flate-integral S f v r (u, v) v D (u,v) u R dA g ru rv dudv f p D ru rv p S f S r (u, v) ru u f p rv v S u A r (u Δu, v) r (u, v) ru Δu r (u, v Δv) r (u, v) rv Δv ΔS ru Δu rv Δv ru rv ΔuΔv A R r (u Δu, v) r (u, v) ru Δu r (u, v Δv) r (u, v) rv Δv gdS g S R f dA g ru rv dudv f p D Flate integral Parameteriserte flater gdS g Flate-integral - Spesialtilfeller - Def S R f dA g ru rv dudv f p D Kartesiske koordinater z f ( x , y) r r ( x, y) x, y, f ( x, y) rx 1,0, f x rx ry 1,0, f x 0,1, f y f x ,f y ,1 2 2 dS rx ry dxdy 1 f x f y dxdy Sylinder-koordinater z f (r, ) r r (r, ) r cos , r sin , f (r, ) rr r f sin ,f r r cos , f cos f r r sin , r 2 2 rr r f r 2 f r r 2 ry 0,1, f y 1 2 2 dS rr r drd 1 f r 2 f rdrd r Kule-koordinater f (, ) r r (, ) f (, ) sin cos , f (, ) sin sin , f (, ) cos r f sin ,f r r cos , f cos f r r sin , r 2 2 r r f 2 f f 4 sin 2 f 2 f sin 2 2 2 dS r r dd f (f 2 f ) sin 2 fd d Flate integral Parameteriserte flater gdS g Eks 1 - Kjegle S Kjegle z x 2 y2 z 0,1 x r cos y r sin z x 2 y 2 (r cos ) 2 (r sin ) 2 r r r (r, ) r cos , r sin , r z 1 r(t) S y x r 0,1 0,2 R f dA g ru rv dudv f p D Flate integral Parameteriserte flater gdS g Eks 2 - Kule S R Kule x 2 y2 z2 a 2 z S x a sin cos r(t) y 0, y a sin sin z a cos x r r (, ) a sin cos , a sin sin , a cos z x 0,2 y f dA g ru rv dudv f p D Flate integral Parameteriserte flater gdS g Eks 3 - Sylinder S Sylinder x 2 ( y 3) 2 9 z 0,5 x r cos z y r sin S r(t) zz y x 2 ( y 3) 2 9 x x 2 y2 6y 9 9 x 2 y2 6y 0 z r 2 6r sin 0 S r(t) r (r 6 sin ) 0 y 3 x r 0 r 6 sin 0 r 6 sin r r (, z) 6 sin cos ,6 sin sin , z 3 sin 2,6 sin 2 , z R f dA g ru rv dudv f p D Parameteriserte flater Areal Eks 4 Areal av kjegleflate [1/4] dS S Kjegle Beregn arealet av kjegleflaten 1 Nivåflate R f 2 2 dA 1 f x f y dxdy ru rv dudv f p R D z 0,1 z x 2 y2 f ( x, y, z) z x 2 y 2 A dS S R f dA f p z 2 Spesialtilfelle 1 r(t) z f ( x , y) A dS 1 f x f y dxdy 2 S S R y x r 0,1 0,2 3 Parameterisering r r (r, ) r cos , r sin , r A dS ru rv dudv S D 2 Parameteriserte flater Areal Eks 4 Areal av kjegleflate [2/4] dS Kjegle S R f 2 2 dA 1 f x f y dxdy ru rv dudv f p R D 1 2 2 f(x, y, z) z x y z (x y ) 2 1 Nivåflate 2 2 S : f(x, y, z) 0 f f f 1 1 1 1 f , , ( x 2 y 2 ) 2 2 x , ( x 2 y 2 ) 2 2 y,1 2 x y z 2 x y , x 2 y 2 x 2 y2 z x f x 2 y2 1 r(t) S y x r 0,1 z x y 2 0,2 2 z 0,1 2 y x 2 y2 x y f p , x 2 y 2 x 2 y2 f p 1 1 A dS S R f ,1 2 2 2 1 x y 1 11 2 x 2 y2 ,1 0,0,1 1 2 dA 2 dA 2 12 2 dA f p 1 R R Parameteriserte flater Areal Eks 4 Areal av kjegleflate [3/4] dS S Kjegle R f 2 2 dA 1 f x f y dxdy ru rv dudv f p R D z f ( x , y) 2 Spesialtilfelle 1 2 2 z f(x,.y) x y (x y ) 2 2 2 A dS 1 f x f y dxdy 2 S z 1 R r(t) S y R x r 0,1 0,2 R z x y 2 2 z 0,1 2 R 1 1 1 2 1 2 2 2 2 1 (x y ) 2x (x y ) 2 2y dxdy 2 2 x2 y2 1 2 dxdy x y2 x 2 y2 x 2 y2 1 2 dxdy x y2 2 dA 2 π 12 π 2 R Parameteriserte flater Areal Eks 4 Areal av kjegleflate [4/4] dS S Kjegle 3 Parameterisering R f 2 2 dA 1 f x f y dxdy ru rv dudv f p R D r r (r,θ ) r cos θ,r sin θ,r r 0,1 θ 0,2π r r r r cos θ,r sin θ,r rr cos θ, sin θ,1 rθ -r sin θ,r cos θ,0 r θ i j k rr rθ cos θ sin θ 1 r cos θ, r sin θ,r -r sin θ r cos θ 0 z rr rθ ( r cos θ) 2 ( r sin θ) 2 r 2 r 2 r 2 2r 2 2 r r 2 1 r(t) S y x r 0,1 0,2 A dS rr rθ drdθ S D 2 rdrdθ D 2π 1 z x 2 y2 z 0,1 θ 2 π r 1 r 1 θ2 π 2 2 1 2 rdrdθ 2 r 2 dθ dθ 2π π 2 2 2 2 0 0 θ 0 r 0 θ 0 r 0 Flate integral Parameteriserte flater gdS g Eks 5 - Flate-integral over kjegleflate S Kjegle R Bestem integralet av G(x,y,z) = x2 over kjeglen r rr cos θ,sin θ,1 r k r r cos θ,r sin θ,r i j rr rθ cos θ f dA g ru rv dudv f p D z x 2 y2 z 0,1 r rθ -r sin θ,r cos θ,0 θ 1 r cos θ, r sin θ,r sin θ -r sin θ r cos θ 0 rr rθ ( r cos θ)2 ( r sin θ)2 r 2 r 2 r 2 2r 2 2 r r 2 z 1 r(t) y x r 0,1 x dS (r cos ) 2 S 0,2 S 2 rr rθ drdθ r 2 cos 2 r 2drdθ 2 r 3 cos 2 drdθ D D θ 2 π r 1 D θ 2 π r 1 r 1 θ 2π 2 1 2 r cos drdθ 2 r 4 dθ cos 2 dθ 4 r 0 4 θ 0 θ 0 r 0 θ 0 r 0 3 θ 2π 2 2 2 1 cos 2 2 1 1 2 dθ sin 2 4 θ 0 2 4 2 4 4 0 Green - Div Greens teorem Def - 2D F nds C Green - Curl F dA R F Tds C ( F ) kdA R Green - Fluks - Divergens - Normalform F nds F1dy F2 dx C F F 1 2 dxdy divFdA FdA x y R R R C R C n F Green - Sirkulasjon - Curl - Tangentiell form C F Tds F1dx F2 dy C C F F 2 1 dxdy (curlF ) k dA ( F ) k dA x y R R R C R T F Gauss Gauss / Stokes teorem Def - 3D - Div F ndS S F Tds Stokes - Curl D ( F ) ndS C Gauss - Divergens S z F ndS F1dydz F2dzdx F3dxdy S FdV S n S D F F F 1 2 3 dxdydz x y z D div FdV FdV D F y x D Stokes - Curl F T ds F dr F1dx F2 dy F3dz C C S C F F F F F F 3 2 dydz 1 3 dzdx 2 1 dxdy y z x z x y S curlF n dS ( F ) n dS S n z S C T F y x Gauss Gauss / Stokes teorem Bevis-skisse Gauss - 3D - Div F ndS S Stokes - Curl FdV D F Tds ( F ) ndS C S F ndS F ndS F k dS F (k )dS St Sb St Sb z F3 dS F3 dS St S n Sb D F3 ( x, y, z z ) F3 ( x, y, z )dS F S xy z z F3 dz dS z S xy z F 3 dV z V F1 F2 F3 F n dS x y z dxdydz S D divFdV FdV D D y x St Sb Gauss - Div F ndS S Gauss / Stokes teorem Stokes - Curl Bevis-skisse Stokes - 3D F Tds FdV D ( F ) ndS C S n z F Tds EABCDE F Tds EAB Green F Tds BCE F Tds CDE ( F ) n dS ( F ) n dS EAB BCE ( F ) n dS S C T ( F ) n dS F y CDE x ABCDE E F Tds ( F ) ndS C S A D B C F nds C Green - 2D Gauss / Stoke - 3D F dA F ndS R F Tds C S ( F ) kdA R F Tds C FdV D ( F ) ndS S Green’s teorem - Stoke’s teorem 2D Green - Normalform 3D 1 C Sirkulasjon Areal R F F F 1 2 3 dxdydz x y z D divFdV R FdV C F1dx F2 dy C F F 2 1 dxdy x y R curlF k dA F k dA R D Stoke D F Tds F dr R Gauss Divergens S FdA C Curl Sirkulasjo nstetthet S F F 1 2 dxdy x y R divFdA Fluks Areal Green - Tangensialform 2 C Divergens Flukstetth et F ndS F1dydz F2 dzdx F3dxdy F nds F dy F dx F Tds F dr C C F1dx F2 dy F3 dz C F F F F F F 3 2 dydz 1 3 dzdx 2 1 dxdy y z z x x y S curlF n dS S F n dS S Stokes Curl Green / Gauss / Stokes Def - 2D - 3D 2D Green - Divergens F nds FdA C Green - Curl C F Tds ( F) kdA C 3D Gauss - Divergens R R F ndS FdV S Stokes - Curl D C F Tds ( F) ndS C S Stokes Maksimal sirkulasjon Stokes - Curl C F Tds ( F) ndS C S Maksimal sirkulasjon når n er parallell med curl F Vektorfelt curl F F Maksimal sirkulasjon i dette planet Stokes teorem Eks 1 - Verifisering F Tds ( F ) ndS C S Verifiser (kontroller) Stokes teorem for en halvkule med følgende data: Vektorfelt : F = [ y, -x, 0 ] Kuleflate : S : x2 + y2 + z2 = 9 z0 2 2 Rand : C:x +y =9 z S C R y x F T ds ( F ) ndS C S F Stokes teorem Eks 1 - Sirkulasjon F Tds ( F ) ndS C S Verifiser (kontroller) Stokes teorem for en halvkule med følgende data: Vektorfelt : F = [ y, -x, 0 ] Kuleflate : S : x2 + y2 + z2 = 9 z0 2 2 Rand : C:x +y =9 z S C R y x F T ds F dr C C r ( ) 3 cos ,3 sin ,0 dr 3 sin ,3 cos ,0d F y, x,0 3 sin ,3 cos ,0 F dr 3 sin ,3 cos ,0 3 sin ,3 cos ,0d (9 sin 2 9 cos 2 )d 9(sin 2 cos 2 )d 9d 2 F Tds F dr (9)d 9 d 9 2 18 C C C 0 F F Tds ( F ) ndS Stokes teorem Eks 1 - Flateintegral 1 ( F ) n dS dS S f dA f p C f ( x, y , z ) x 2 y 2 z 2 S : Nivåflaten S f ( x, y , z ) 9 f f f f , , 2 x,2 y,2 z f ( 2 x ) 2 ( 2 y ) 2 ( 2 z ) 2 2 x 2 y 2 z 2 2 9 2 3 6 x y z f 2 x,2 y,2 z 1 x, y, z z f p f k 2 x,2 y,2 z 0,0,1 2 z 2 z n n f 6 3 S i j k C R F 0,0,2 F x y z x y x 0 f ( F ) n dS ( F )n dA S R f p 0,0,2 R 1 x, y, z 6 dA 3 2z 2 6 ( ) z dA 2 dA 2 32 18 3 2z R R f pk y Stokes teorem Eks 1 - Flateintegral 2 F Tds ( F ) ndS C S Velger S2: x2 + y2 9 som ny flate. Også denne flaten har C som rand. z ( F ) ndS ( F ) ndS S2 S R 0,0,2 0,0,1dS R (2)dS R 2 dS 2 32 18 R C R nk S2 x y F F Tds ( F ) ndS Stokes teorem Eks 2 - Sirkulasjon C Finn både direkte og vha Stokes teorem sirkulasjonen av F = [ x2-y, 4z, x2 ] langs (mot klokka) kurven C fremkommet ved skjæring av planet z = 2 med kjeglen z = x2 + y2 S z F C 2 F Tds F d r C y C r ( t ) 2 cos t ,2 sin t ,2 d r 2 sin t ,2 cos t ,0dt F x 2 y,4z, x 2 (2 cos t ) 2 2 sin t ,4 2, (2 cos t ) 2 F d r 4 cos 2 t 2 sin t ,8,4 cos 2 t 2 sin t ,2 cos t ,0dt (8 sin t cos 2 t 4 sin 2 t 16 cos t )dt 2 2 2 t 16 cos t )dt F Tds F d r (8 sin t cos t 4sin C C 0 8 cos 3 t 2 t sin 2 t 16 sin 3 1 cos 2 t 2 t 2 t 4 t 0 x r 0,1 0,2 F Tds ( F ) ndS Stokes teorem Eks 2 - Flateintegral 1 - S: Kjeglesideflate r r (r, ) r cos , r sin , r r 0,2 0,2 rr cos , sin ,1 r r sin , r cos ,0 rr r r cos , r sin , r rr r r 2 i j k F 4,2 x ,1 4,2r cos ,1 x y z x 2 y 4z x 2 rr r 1 r cos ,r sin , r n rr r r 2 dS rr r drd r 2drd 2 r 2 1 r cos ,r sin , r r 2drd ( F ) n dS 4 , 2 r cos , 1 S 0 r0 r 2 2 r 2 (4r cos 2r 0 r 0 2 sin cos r )drd 4 C S z 2 n S F y x r 0,2 0,2 Stokes teorem Eks 2 - Flateintegral 2 - S: Kjegletoppflate i F x 2 x y j y 4z F Tds ( F ) ndS C k 4,2 x ,1 z x2 S n = [0,0,1] z S 2 F y ( F ) ndS 4,2 x ,10,0,1dS 1 dS S S S dS S Arealet av S 2 4 2 x r 0,2 0,2 F Tds ( F ) ndS Stokes teorem Eks 3 - Oppgave C S Bruk Stokes teorem til å beregne F dr z (0,0,2) F C C for F = [ xz, xy, 3xz ] (0,2,0) (1,0,0) hvor C er randen av den delen av planet 2x + y + z som befinner seg i første oktant og C gjennomløpes i retning mot klokka sett ovenfra. x y Stokes teorem Eks 3 - Løsning F dr ( F ) ndS C dS S f ( x, y , z ) 2 x y z F Tds ( F ) ndS C f dA f p z (0,0,2) F S : Nivåflaten f ( x, y, z ) 2 C f f f 2 2 2 f , , 2,1,1 f 2 1 1 6 x y z (1,0,0) f 2,1,1 1 2,1,1 x n f 6 6 f p f k 2,1,1 0,0,1 2 0 1 1 1 1 1 f p 1 1 i j k F 0, x 3 z , y 0, x 3 (2 2 x y ), y 0, x 7 x 3 y 6, y x y z xz xy 3 xz dS S n (0,2,0) f 6 dA 6dA dA f p 1 1 2 2 x 1 S ( F ) ndS R 0, x 7 x 3 y 6, y 6 2,1,1 6dA R (7 x 4 y 6)dA 0 y0(7 x 4 y 6)dydx 1 y F ndS div FdV FdV Gauss teorem Eks 1 S D D z Kontroller Gauss teorem (divergens-teoremet) for F = [ x, y, z ] over kula x2 + y2 + z2 = a2. F S a n y f ( x , y, z ) x 2 y 2 z 2 S : Nivåflate f ( x , y, z) a 2 x f f f f , , 2 x ,2 y,2z f (2 x ) 2 (2 y) 2 (2z) 2 2 x 2 y 2 z 2 2a x y z f 2 x ,2 y,2z 1 n x , y, z f 2a a 1 1 2 F n dS x , y , z x , y , z dS ( x y 2 z 2 )dS a dS a 4a 2 4a 3 S S a a S S Overflaten av S 4 3 F dV , , x , y , z dV ( 1 1 1 ) dV 3 dV 3 a 4a 3 x y z 3 D D D D Volum av kula F ndS div FdV FdV Gauss teorem Eks 2 S D D z Finn fluksen av F = [ xy, yz, xz ] ut av kubus-flaten i første oktant begrenset av planene x = 1, y = 1 og z = 1. S F D n y x F ndS FdV S D Utgående fluks Divergensintegral ( xy ) ( yz ) ( xz ) dV , , xy , yz , xz dV x y z x y z D D z 1 y 1 x 1 z 1 y 1 x 1 z 1 y 1 1 1 ( x y z)dxdydz x 2 xy xz dydz ( y z)dydz 2 2 x 0 z 0 y 0 x 0 z 0 y 0 z 0 y 0 z 1 y 1 z 1 z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 y y 2 yz dz ( z)dz z z z 2 2 2 2 2 2 2 z 0 2 2 2 2 y 0 2 z 0 z 0 END