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43문제 · 3 / 3쪽

41.APEX · 14.7절 · 3번대학 수준우리말 번역

스토크스 정리는 벡터장의 어떤 성질을 순환과 관련짓습니까?

영어 원문 보기

What property of a vector field does Stokes' Theorem relate to circulation?

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# 발산 정리개념 확인자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
42.APEX · 14.7절 · 4번대학 수준우리말 번역

스토크스 정리는 다른 어떤 정리를 공간으로 확장한 것입니까?

영어 원문 보기

Stokes' Theorem is the spatial version of what other theorem?

정답·풀이 보기

그린 정리이다.

원본 교재 풀이(영어)

Green's Theorem.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 14.7절 · 2번
# 발산 정리개념 확인자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
43.CLP-4 · 17번대학 수준우리말 번역

참 또는 거짓을 판단하세요(이유를 반드시 쓰세요):

(a) R3\mathbb{R}^3 위의 매끄러운 벡터장이 컬이 0이고 발산이 0이면, 그 퍼텐셜은 조화함수이다. 정의에 따라 ϕ(x,y,z)\phi(x,y,z) 가 조화함수라는 것은 (∂2∂x2+∂2∂y2+∂2∂z2)ϕ(x,y,z)=0\big(\frac{\partial^2}{\partial x^2} +\frac{\partial^2}{\partial y^2} +\frac{\partial^2}{\partial z^2}\big) \phi(x,y,z)=0 이라는 뜻이다. (b) F\mathbf{F} 가 R3\mathbb{R}^3 위의 매끄러운 보존 벡터장이면, 매끄러운 임의의 닫힌 곡면을 지나는 플럭스는 0이다.

영어 원문 보기

True or false (reasons must be given):

(a) If a smooth vector field on R3\mathbb{R}^3 is curl free and divergence free, then its potential is harmonic. By definition, ϕ(x,y,z)\phi(x,y,z) is harmonic if (∂2∂x2+∂2∂y2+∂2∂z2)ϕ(x,y,z)=0\big(\frac{\partial^2}{\partial x^2} +\frac{\partial^2}{\partial y^2} +\frac{\partial^2}{\partial z^2}\big) \phi(x,y,z)=0. (b) If F\mathbf{F} is a smooth conservative vector field on R3\mathbb{R}^3, then its flux through any smooth closed surface is zero.

답 쓰고 채점
(a)
(b)
정답·풀이 보기

(a) 참이다. F\mathbf{F} 를 주어진 벡터장이라 하자. R3\mathbb{R}^3 전체에서 ∇×F=0\nabla\times\mathbf{F}=0 이라고 가정하였다. 따라서 어떤 퍼텐셜 함수 ϕ\phi 에 대해 F=∇ϕ\mathbf{F}=\nabla\phi 이다. 또한 0=∇⋅F=∇⋅∇ϕ=(∂2∂x2+∂2∂y2+∂2∂z2)ϕ0=\nabla\cdot\mathbf{F} =\nabla\cdot\nabla\phi =\big(\frac{\partial^2}{\partial x^2} +\frac{\partial^2}{\partial y^2} +\frac{\partial^2}{\partial z^2}\big)\phi 라고 가정하였다. 이것이 “ϕ\phi 는 조화함수이다”의 정의이다.

(b) 거짓이다. F\mathbf{F} 를 주어진 벡터장이라 하자. 어떤 퍼텐셜 함수 ϕ\phi 에 대해 F=∇ϕ\mathbf{F}=\nabla\phi 라고 가정하였다. SS 가 매끄러운 임의의 닫힌 곡면이고 SS 가 입체 VV 의 경계이면, 발산 정리에 의해 SS 를 지나는 F\mathbf{F} 의 바깥쪽 플럭스는 다음과 같다.

∬SF⋅n^ dS=∭V∇⋅F dV=∭V∇⋅∇ϕ dV=∭V(∂2∂x2+∂2∂y2+∂2∂z2)ϕ dV\iint _S \mathbf{F}\cdot\hat{\mathbf{n}}\ \mathrm{d}S =\iiint _V \nabla\cdot\mathbf{F}\ \mathrm{d}V =\iiint _V \nabla\cdot\nabla \phi\ \mathrm{d}V =\iiint _V \big(\tfrac{\partial^2}{\partial x^2} +\tfrac{\partial^2}{\partial y^2} +\tfrac{\partial^2}{\partial z^2}\big)\phi\ \mathrm{d}V

예를 들어 ϕ=x2\phi=x^2 이면 (∂2∂x2+∂2∂y2+∂2∂z2)ϕ=2\big(\frac{\partial^2}{\partial x^2} +\frac{\partial^2}{\partial y^2} +\frac{\partial^2}{\partial z^2}\big)\phi=2 이고, SS 를 지나는 F\mathbf{F} 의 플럭스는 VV 의 부피의 2배이므로 0이 아니다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) True. Let F\mathbf{F} be the vector field. We are assuming that ∇×F=0\nabla\times\mathbf{F}=0 on all of R3\mathbb{R}^3. As a result, F=∇ϕ\mathbf{F}=\nabla\phi for some potential function ϕ\phi. We are also assuming that 0=∇⋅F=∇⋅∇ϕ=(∂2∂x2+∂2∂y2+∂2∂z2)ϕ0=\nabla\cdot\mathbf{F} =\nabla\cdot\nabla\phi =\big(\frac{\partial^2}{\partial x^2} +\frac{\partial^2}{\partial y^2} +\frac{\partial^2}{\partial z^2}\big)\phi. This is the definition of “ϕ\phi is harmonic”.

(b) False. Let F\mathbf{F} be the vector field. We are assuming that F=∇ϕ\mathbf{F}=\nabla\phi for some potential function ϕ\phi. If SS is any smooth closed surface, with SS being the boundary of the solid VV, then, by the divergence theorem, the outward flux of F\mathbf{F} through SS is

∬SF⋅n^ dS=∭V∇⋅F dV=∭V∇⋅∇ϕ dV=∭V(∂2∂x2+∂2∂y2+∂2∂z2)ϕ dV\iint _S \mathbf{F}\cdot\hat{\mathbf{n}}\ \mathrm{d}S =\iiint _V \nabla\cdot\mathbf{F}\ \mathrm{d}V =\iiint _V \nabla\cdot\nabla \phi\ \mathrm{d}V =\iiint _V \big(\tfrac{\partial^2}{\partial x^2} +\tfrac{\partial^2}{\partial y^2} +\tfrac{\partial^2}{\partial z^2}\big)\phi\ \mathrm{d}V

If, for example, ϕ=x2\phi=x^2, then (∂2∂x2+∂2∂y2+∂2∂z2)ϕ=2\big(\frac{\partial^2}{\partial x^2} +\frac{\partial^2}{\partial y^2} +\frac{\partial^2}{\partial z^2}\big)\phi=2 and the flux of F\mathbf{F} through SS is twice the volume of VV, which is not zero.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-4 · 7번
# 선적분개념 확인자동 분류
CLP-4 Vector Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)