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Mathematik-Online-Lexikon:

Beispiel: Flussintegral


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Es soll der Fluss des Vektorfeldes

\begin{displaymath}
\vec{F}(x,y,z)=\left(
\begin{array}{c}
x\\ 1\\ yz\\
\end{array}\right)
\end{displaymath}

durch die Fläche

\begin{displaymath}
S:\quad \vec{r}(u,v)=\left(
\begin{array}{c}
u^2 \\ u+v\\ v^2\\
\end{array}\right),\quad 0\leq u,v \leq 1
\end{displaymath}

berechnet werden.

Die partiellen Ableitungen in $ u$- und $ v$-Richtung sind

\begin{displaymath}
\partial_u \vec{r}(u,v)=\left(
\begin{array}{c}
2u\\ 1\\ 0\\...
...(u,v)=\left(
\begin{array}{c}
0\\ 1\\ 2v\\
\end{array}\right)
\end{displaymath}

und damit

\begin{displaymath}
\vec{n}(u,v) =
\partial_u \vec{r}(u,v)\times \partial_v \ve...
...left(
\begin{array}{c}
2v\\ -4uv\\ 2u\\
\end{array}\right)\,.
\end{displaymath}

Für das Flussintegral ergibt sich also

$\displaystyle \iint\limits_{S} \vec{F} \cdot d\vec{S}$ $\displaystyle =\int\limits_0^1\int\limits_0^1 \left( \begin{array}{c} u^2\\ 1\\...
...\right)\cdot\left( \begin{array}{c} 2v\\ -4uv\\ 2u\\ \end{array}\right)\,du\,dv$    
  $\displaystyle =\int\limits_0^1\int\limits_0^1 2u^2v-4uv+2u^2v^2+2uv^3 \,du\,dv$    
  $\displaystyle = \int\limits_0^1 \left[ \frac{2}{3}u^3v-2u^2v+\frac{2}{3}u^3v^2+u^2v^3 \right]_0^1\, dv$    
  $\displaystyle = \int\limits_0^1-\frac{4}{3}v+\frac{2}{3}v^2+v^3\,dv = \left[-\frac{2}{3}v^2+\frac{2}{9}v^3+\frac{1}{4}v^4\right]_0^1$    
  $\displaystyle =-\frac{7}{36}\,.$    


[Verweise]

  automatisch erstellt am 2. 10. 2013