Cómo verificar el teorema de divergencia para [matemáticas] F = 2xz \ vec {i} + y \ vec {j} -z ^ {2} \ vec {k} [/ matemáticas]

La función de punto vectorial dada es …

[matemáticas] \ vec {F} = i2xz + jy-kz ^ 2 [/ matemáticas]

[matemáticas] = F_1i + F_2j + F_3k [/ matemáticas]

Donde [matemáticas] F_1 = 2xz, F_2 = y, F_3 = -z ^ 2 [/ matemáticas]

Lo sabemos…

[matemáticas] div \ vec {F} = \ dfrac {\ partial F_1} {\ partial x} + \ dfrac {\ partial F_2} {\ partial y} + \ dfrac {\ partial F_3} {\ partial z} [/ matemáticas]

[matemáticas] div \ vec {F} = \ dfrac {\ partial} {\ partial x} (2xz) + \ dfrac {\ partial} {\ partial y} (y) + \ dfrac {\ partial} {\ partial z } (- z ^ 2) [/ matemáticas]

[matemáticas] = 2z + 1–2z = 1 [/ matemáticas]

Ahora [math] \ int_Rdiv \ vec {F} dv = \ int_0 ^ c \ int_0 ^ b \ int_0 ^ a (1) dxdydz [/ math]

[math] = (\ int_0 ^ cdz) (\ int_0 ^ bdy) (\ int_0 ^ adx) [/ math]

[matemáticas] = abc… (1) [/ matemáticas]

De nuevo …

[matemáticas] \ int_S \ vec {F} \ cdot Nds = \ int_ {S_1} \ vec {F} \ cdot Nds + \ int_ {S_2} \ vec {F} \ cdot Nds +… + \ int_ {S_6} \ vec { F} \ cdot Nds [/ math]

Donde [matemática] S_1 [/ matemática] en la cara OAC’B, [matemática] S_2 [/ matemática] la cara CB’PA ‘, [matemática] S_3 [/ matemática] la cara OBA’C, [matemática] S_4 [ / matemática] la cara AC’PB ‘, [matemática] S_5 [/ matemática] la cara OCB’A, [matemática] S_6 [/ matemática] la cara OAC’B.

Ahora…

[matemáticas] \ int_ {S_1} \ vec {F} \ cdot Nds = \ int_ {S_1} \ vec {F} (- k) ds [/ matemáticas]

[matemáticas] = – \ int_0 ^ a \ int_0 ^ b (0 ^ 2) dxdy [/ matemáticas]

[matemáticas] = 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] \ int_ {S_2} \ vec {F} \ cdot Nds = \ int_ {S_2} \ vec {F} \ cdot kds [/ math]

[matemáticas] = \ int_0 ^ a \ int_0 ^ b (-c ^ 2) dxdy [/ matemáticas]

[matemáticas] = – c ^ 2 (\ int_0 ^ adx) (\ int_0 ^ bdy) [/ matemáticas]

[matemáticas] = – abc ^ 2 [/ matemáticas]

[matemáticas] \ int_ {S_3} \ vec {F} \ cdot Nds = \ int_ {S_3} \ vec {F} \ cdot (-i)) ds [/ math]

[matemáticas] = – \ int_0 ^ b \ int_0 ^ c (0) dydz [/ matemáticas]

[matemáticas] = 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] \ int_ {S_4} \ vec {F} \ cdot Nds = \ int_ {S_4} \ vec {F} \ cdot (i) ds [/ math]

[matemáticas] = \ int_0 ^ b \ int_0 ^ c2azdydz [/ matemáticas]

[matemáticas] = abc ^ 2 [/ matemáticas]

Similar…

[matemáticas] \ int_ {S_5} \ vec {F} \ cdot Nds = \ int_ {S_4} \ vec {F} \ cdot (-j) ds [/ math]

[matemáticas] = – \ int_0 ^ a \ int_0 ^ c (0) dxdz [/ matemáticas]

[matemáticas] = 0 [/ matemáticas]

y [matemáticas] \ int_ {S_6} \ vec {F} \ cdot (j) dxdz [/ matemáticas]

[matemáticas] = abc [/ matemáticas]

Entonces [math] \ int_ {S} \ vec {F} \ cdot Nds = 0-abc ^ 2 + 0 + abc ^ 2 + 0 + abc = abc… (2) [/ math]

Así de (1) y (2) obtenemos …

[matemáticas] \ int_ {R} div \ vec {F} dv = \ int_ {S} \ vec {F} \ cdot Nds [/ matemáticas]

Por lo tanto, se verifica el teorema de divergencia.

El problema ya está hecho.

El teorema de divergencia establece que el flujo neto sobre una superficie cerrada es igual a la integral de la divergencia del campo vectorial sobre el volumen cerrado de la superficie cerrada. Por lo tanto, para verificarlo en este caso, primero habría que calcular el flujo neto fuera de la superficie al encontrar el flujo del campo vectorial a través de cada superficie individual que constituye la superficie límite. Esto requerirá la instalación de múltiples integrales de superficie, y será bastante tedioso. El segundo paso es encontrar la divergencia del campo vectorial (una función escalar) y usar una integral triple para integrar esta función sobre el volumen cerrado de las superficies. Al mostrar que los dos valores diferentes calculados para el flujo son iguales cuando se utilizan ambos métodos, se puede confirmar que el teorema de divergencia funciona en este caso.