• ベストアンサー

ベクトル解析

ガウスの発散定理のトコなんですけど・・・ まず直接面積分で求めたいんです。 ΓをR^3の原点を中心とする半径a(>0)の球面の北半球部分とします。 Γ上のベクトル場f=2xyi+2yzj+z^2kなんです。 (i,j,kは単位ベクトル) この場合の極座標表現って、 x→asinθcosφ?  (asinθ)*(acosφ)??? yも同様で、asinθsinφ?   (asinθ)*(asinφ)??? zは・・・まー分かりました^^acosθですよね^^ 回答お願いします。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • ryn
  • ベストアンサー率42% (156/364)
回答No.2

x = a*sinθcosφ y = a*sinθsinφ z = a*cosθ です. > (asinθ)*(acosφ)??? これだと次元が面積になってしまいます.

その他の回答 (1)

  • siegmund
  • ベストアンサー率64% (701/1090)
回答No.1

半径 a の球面上から, z 軸への射影が a cosθ,xy 平面への射影が a sinθ, a sinθを x 方向と y 方向に分解したのですから もうおわかりですよね. それに, x^2 + y^2 + z^2 = a^2 になっていないといけませんから,そちらからもわかりますよね. もうひとつ,x,y,z と a は全部長さです. a sinθcosφ,(a sinθ)*(a cosφ), どちらが長さになっているでしょうか.

関連するQ&A

  • ベクトル解析学の発散divvの問題について

    ユークリッド空間に、原点をOとするxyz座標をとる。空間からOを除いた領域で定義されたベクトル場v(x)= x/||x||^3 y/||y||^3 z/||z||^3 を考えます。ここに、||x||=√(x^2+y^2+z^2)です。このベクトル場について、 発散divvを計算してください。また、Oを中心とし半径がRの球面S(R)上での面積分∫S(R)v・dSを求めてください。球面S(R)のパラメーター表示は(単位球面)x(u,v)= cosu・cosv cosu・sinv sinu また、計算するとx^2+y^2+z^2=1―(1)です。 解答はdivv=0,面積分の値は4πです。 という問題で解説には「このようにべクトル場が定義されていない点がある場合、この点を囲む閉曲面Sとそれによって囲まる領域Dではガウスの発散定理が成り立ちません。」とあります。 質問1ガウスの発散定理を使わずに、発散divv=0をどのように求めたのでしょうか? 質問2発散divvを求めるのに、偏微分を使って、∂x/∂x+∂y/∂y+∂z/∂z=1+1+1=3では間違いなのはなぜでしょうか? 質問3divv=0とガウスの発散定理による面積分の公式を使わずに、どのように面積分を求めるのでしょうか?これは単位球面だからdivv=0は無視して、単に球の表面積の公式を当てはめてR=1を代入して求めるしか方法はないのでしょうか? 以上3点、途中計算を含めて詳しい解説を宜しくお願いします。 (1)を使って、||x||=1より、v(x)= x y z まではわかりました。

  • ベクトル場の面積分に関してです

    1.半球面S:x^2+y^2+z^2=9, z≧0上でのベクトル場f = (-2x, 2y, z)において、   ∬s f・dS を求めよ。ただし単位法線ベクトルnは上向きに取る。     (条件:面積分と極座標を用いなければならない) 2.半球面S:x^2+y^2+z^2=9, z≧0上でのベクトル場f = (2x, 2y, z)において、   ∬s f・dS を求めよ。ただし単位法線ベクトルnは上向きに取る。     (条件:ガウスの発散定理を用いなければならない) この2問がどうしても解けないので教えていただけないでしょうか? 特に、1.に関しては「式変形の流れ」、2.に関しては、閉局面として扱って計算した後に底辺を除く必要があるので「底辺の計算方法」だけでも教えていただけると有難いです。 よろしくお願いします!

  • 大学数学の「空間ベクトル」の解き方がわかりません。

    次の問題が理解できません。どなたか解法をお願いします。 xyz空間の原点を中心とし、半径が1の球面をSとする。Sの単位法ベクトルnの方向は、いつもSの内部から外部に向かうように選んでおく。このとき、ベクトル場v(x)=(3Z 2y x) -実際は縦3行- のS上の面積分∫S v・dS -実際はSは∫の下- の値を求めよ。ガウスの発散定理を使いなさい。 答えは「8Π(パイ)/3」です。解き方のわかる方、解説よろしくお願いします。

  • ベクトル 空間座標の問題です。

    xyz空間の原点Oと、Oを中心とし半径1の球面上の異なる4点A,B,C,Dを考える。 点A(cos(α/2),sin(α/2),0), B(cos(-α/2),sin(-α/2),0), (0<α<π)とする。 点C,Dは∠COA=∠COB=∠DOA=∠DOBを満たし、点Cのz座標は正、点Dのz座標は負とする。 (1)点Cの座標をαとθ=∠COA(0<θ<π)で表せ。 (2)ベクトルOA,OB,OC,ODの相異なる二つのベクトルのなす角がすべて等しい時、点Cの座標を求めよ。 という問題です。考え方が全く分かりません… ヒントでよいので、教えていただけないでしょうか。よろしくお願いします。

  • 次のベクトル解析の問題を教えてください。

    ベクトル解析の問題です。 (1)球面上で極座標がパラメーター0≦t≦πにより r=1 θ=sint ψ=t で与えられる曲線の長さを求めよ。 (2)二つのパラメーター0≦ρ≦1、0≦ψ≦2πで与えられる曲面: x=ρcosψ y=ρsinψ z=ρ^2 の面積を求めよ。 (1)、(2)ともに3つの式が出てきて、どの公式に当てはめればよいのか分かりません。 もしよろしければ解き方を教えてください。

  • ベクトル場の解析についてです

    f(x,y)=[-y/(x^2+y^2) , x/(x^2+y^2)]で与えられる二次元のベクトル場がある時 (1) 単位円上の点P(がx軸とπ/4の角度を成す原点からの直線が単位円と交わる点、第一象限) におけるf(x,y)を図示せよ (2) ベクトル場f(x,y)の発散を求めよ(原点は除く)   (3) 単位円に沿ったf(x,y)の反時計回りの積分 ∫f(x,y)・ds を求めよ    (dsは線素ベクトル、・は内積を表す) という問題を出され、解いたところ次のような答えになりました (1)は dx/dt=λ(-y/x^2+y^2) dy/dt=λ(x/x^2+y^2)として計算、x^2+y^2=1 (単位円ですよね) (2)はdivなので ∂f/∂x + ∂f/∂y = 2xy/(x^2+y^2)^2 - 2xv/(x^2+y^2)=0 (3)は -∫y/(x^2+y^2) dx -∫x/(x^2+y^2) dy     x=acosθ y=asinθ とおいて dx=-asinθdθ dy=acosθdθ          これを代入して計算すると-π/2となりました これらは正しいのでしょうか?

  • ベクトル解析の問題です

    原点からの距離をr(=|r(↑)|とする.φ(r)=1/rで与えられるスカラー場に関して以下の問に答えよ. (1)スカラー場φ(r)の等位面の外形を図示せよ. (2)▽φ(r)を求めよ (3)(▽^2)φ(r)を求めよ (4)等位面に対する単位法線ベクトルn(r)を求めよ.ただし,単位法線ベクトルの向きは,φ(r)が増加する向きとする (5)φ(r)の方向微係数が最大となる方向の単位ベクトルを求めよ. (6)▽φ(r)の点P(位置ベクトルr_p)から点Q(位置ベクトルr_Q)までの線積分∫[P→Q]▽φ・drを求めよ. (7)原点を中心とする半径aの球を考える.この球表面をSとする.S上での▽φ(r)の面積分∫[S]▽φ・dSを求めよ (1)はφ(r)=1/cとすればx^2+y^2+z^2=c^2となるから半径の異なる球を図示していけばいいのですよね? (2)は計算すると▽φ(r)=-r(↑)/r^3となりましたが,あっていますでしょうか. (3)は0となりました (4)はn=▽φ/|▽φ|として求められますよね?これを計算すると,-r(↑)/rとなりますが,問題には単位法線ベクトルはφ(r)が増加する向きとあります.そのためr(↑)/rとするのか-r(↑)/rとするのかがわかりません.どちらが正しいのでしょうか?またどうすればどちらが正しいのかがわかるのでしょうか (5)nの方向が最大になると思ったのですが,そのまま(4)の答えを用いればよいのでしょうか? (6)これに関してはまったくわかりません,どなたか教えていただけないでしょうか (7)これはガウスの発散の定理を用いて0となりました. これらの解答があっているかどうかが答えがないためわかりません. もし分かる方がいらっしゃいましたら詳しく教えていただけないでしょうか. よろしくお願いします

  • 教えてください!!

    以下の問題はすべて発散定理、ストークスの定理が適用できるものとして、 ご解答よろしくお願いします。 1.Sを原点中心、半径1の球面とし、このときベクトル場A=( xz )i +( xy )j +( z^2 )k に対して ∫s A・n ds を、発散定理を用いて求めよ。 2.領域Vの境界面をSとする。このとき、divA=0を満たすベクトル場Aと任意のスカラー場fに対して ∫s fA・n ds が成り立つことを証明せよ。 3.中心原点・半径1の球面のx >= 0 となる部分をSとし、球面の外部を表側とする。このとき、 ベクトル場A=(y)i + (yz)j + (xz)k に対して∫s rotA・n ds をストークスの定理を用いて求めよ。 4.ベクトル場A内に曲面Sがあり、その境界の閉曲線をCとする。△A=0 が成り立つとき、 ∫s grad(divA)・n ds = ∫c rotA・dr を証明せよ。 以上の問題をよろしくお願いします。m(--)m

  • ベクトル解析ガウスの発散定理の問題がわからないです

    円錐面z^2=x^2+y^2と平面z=1で囲まれる閉曲面をSとする。ベクトル場F=(xz,xyz^2,yz)のS上の面積分をガウスの発散定理を用いて求めよ。 という問題です、詳しく教えていただければ、と思います。(汗

  • ベクトル解析における発散演算の表式

    数学よりも物理工学系で取り扱う場合、ベクトル場F(=(fx, fy, fz))の発散は、d(fx)/dx+d(fy)/dy+d(fz)/dzと習うと思います。しかし、これは直交デカルト座標という特殊な座標(基底ベクトルが直交しかつ空間のどこでも一定)でのことだと思います。だから、これを定義だと思ったらダメなのではないかと思います。 一方で曲線座標系(直交曲線座標含む)では、基底ベクトルはローカル的であり、それ自体が座標系に従って変化する(微分がゼロでない)わけで、上記の式のようなわけには行かないと思います。 では、どのように定義されるのかウィキで調べると、座標面に対する法線方向ベクトルとの内積の面積積分のように示されており(ガウスの発散定理のようなもの)、それが根源的なものかと思いますが、それだと曲線座標系での表現ができません。曲線座標系で考える場合、ベクトル場の発散を座標系に依存しない形(ベクトル?)で表現し、それを各座標系版に示せば良いということになるようです。その場合、スケールファクターh(基底ベクトルが長さ1の単位ベクトルであるために長さ除すもの)などが多数現れるわけですが。 例えば∇・Fということでしょうか。∇(ナブラ)の曲線座標系での表現はどうなるかという問題はありますが。またベクトル場Fの方は実体は座標系に依存しませんが、表現は曲線座標系(局所的な基底で展開された表式)を用いて表示するものだと思いますが。 長くなってしまいましたが、曲線座標系や直交デカルト座標での発散の表式を求めるための式はどのように示されるのでしょうか。 直交曲線座標系の発散の式は誘導されて結果の表式はあるのですが、それがどのように誘導されるのか知りたいのでその表現の一歩前の式を知りたいと思っているのです。 よろしくお願いします。