Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ ПО ТЕМАМ 6.1, 6.2 ИНТЕГРАЛЬНОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ ФУНКЦИЙ НЕСКОЛЬКИХ ПЕРЕМЕННЫХ. ТЕОРИЯ ПОЛЯ.pdf
Скачиваний:
90
Добавлен:
18.04.2015
Размер:
814 Кб
Скачать
☆
u(x; y; z) имеет

Тема 6.2. Теория поля

Скалярное поле

Задача 7.1

Найти

производную

скалярного

поля

u(х, у, z) = 4x2 + y2 − z2 −3xyz

в точке M (1; 1; 1) по направлению

нормали к поверхности S : 2x2 + y2 −2z2 =1 в этой точке.

 

Задача 7.2

Найти направление наискорейшего возрастания поля u = xy + zy

в точке M (1; 2; 1) и наибольшую скорость возрастания в этой точке.

Задача 7.3

Найти производную скалярного поля u = x2 + y2 + z2 в точке

M (1; 1; 1) по направлению вектора l = 2i + j + 2k .

Справочный материал

Скалярным

полем называют область

D ,

в каждой точке

которой задана

функция u = u(x; y; z)

и

саму функцию

u = u(x; y; z).

 

 

 

Точки области D , в которых скалярное поле

постоянное значение C , называется поверхностями уровня. Уравнение поверхностей уровня имеет вид:

u(x; y; z)= C ,

ЗАМЕЧАНИЕ

Если область D - множество точек плоскости, то скалярное поле является плоским. Оно задается функцией двух

переменных u =u(x; y). Для плоского поля определены линии уровня, заданные уравнениями u(x; y)=C , где C = const .

34

Градиент скалярного поля u(x; y; z) - это вектор, координатами

которого являются частные производные поля по переменным

x, y, z .

grad u = ∂∂ux ir + ∂∂uy rj + ∂∂uz kr.

1. Градиент показывает направление наибольшего возрастания поля в данной точке.

2. Модуль градиента равен наибольшей скорости возрастания поля в данной точке.

3. Градиент направлен по нормали к поверхности уровня, проходящей через данную точку.

Производная скалярного поля u = u(x; y; z) в точке M (x; y; z)

по направлению l вычисляется по формуле

∂∂ul = ∂∂ux (M )cosα+ ∂∂uy (M )cosβ+ ∂∂uz (M )cos γ ,

где cosα, cosβ , cos γ - направляющие косинусы вектора l .

ЗАМЕЧАНИЕ 1

∂u

Производная по направлению ∂l равна скорости изменения поля в направлении вектора l .

Если ∂∂ul > 0 , то поле возрастает в направлении вектора l , а

если ∂∂ul < 0 , то поле в этом направлении убывает.

Производная скалярного поля ∂∂ul в точке M (x; y; z) по

направлению l можно вычислить и через градиент этого поля по формуле

∂u = Прrgrad u(M )=

(grad ur(

M ), l )

.

∂l

l

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35