A Descartes derékszög½u koordinátarendszert az i; j; k ortonormált bázis feszíti ki. Egy

Hasonló dokumentumok
ANALÍZIS II. Példatár

Kinematika szeptember Vonatkoztatási rendszerek, koordinátarendszerek

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Analízis III. gyakorlat október

Skalár: egyetlen számadattal (+ mértékegység) jellemezhető mennyiség. Azonos dimenziójú skalár mennyiségek - mértékegység-konverzió után -

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

Kettős integrál Hármas integrál. Többes integrálok. Sáfár Orsolya május 13.

Vektorok. Wettl Ferenc október 20. Wettl Ferenc Vektorok október / 36

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

9. Írjuk fel annak a síknak az egyenletét, amely átmegy az M 0(1, 2, 3) ponton és. egyenessel;

Kettős és többes integrálok

Serret-Frenet képletek

Hármas integrál Szabó Krisztina menedzser hallgató. A hármas és háromszoros integrál

Megjegyzés: jelenti. akkor létezik az. ekkor

Matematika II képletek. 1 sin xdx =, cos 2 x dx = sh 2 x dx = 1 + x 2 dx = 1 x. cos xdx =,

Az f ( xy, ) függvény y változó szerinti primitív függvénye G( x, f xydy= Gxy + C. Kétváltozós függvény integrálszámítása. Primitívfüggvény.

Analízis II. gyakorlat

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

{ } x x x y 1. MATEMATIKAI ÖSSZEFOGLALÓ. ( ) ( ) ( ) (a szorzás eredménye:vektor) 1.1. Vektorok közötti műveletek

Bevezetés a görbe vonalú geometriába

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

Számítási módszerek a fizikában 1. (BMETE90AF35) tárgy részletes tematikája

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Koordinátarendszerek

VIK A3 Matematika, Gyakorlati anyag 2.

Széchenyi István Egyetem

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

Budapesti Műszaki Főiskola, Neumann János Informatikai Kar. Vektorok. Fodor János

17. előadás: Vektorok a térben

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Gyakorlati példák Dr. Gönczi Dávid

2. gyakorlat. A polárkoordináta-rendszer

Kalkulus 2., Matematika BSc 1. Házi feladat

T obbv altoz os f uggv enyek integr alja. 3. r esz aprilis 19.

1 2. Az anyagi pont kinematikája

1. Lineáris transzformáció

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

1. FELADATSOR. x = u + v 2, y = v + z 2, z = z. u y + z. u x + y. v x + y. v y + z. w x + y. w y + z

Számítógépes geometria (mester kurzus) III

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

A térképen ábrázolt vonal: - sík felület egyenese? - sík felület görbéje? - görbült felület egyenese ( geodetikus )? - görbült felület görbéje?

A térképen ábrázolt vonal: - sík felület egyenese? - sík felület görbéje? - görbült felület egyenese ( geodetikus )? - görbült felület görbéje?

x = cos αx sin αy y = sin αx + cos αy 2. Mi a X/Y/Z tengely körüli forgatás transzformációs mátrixa 3D-ben?

Feladatsor A differenciálgeometria alapja c. kurzus gyakorlatához

Lengyelné Dr. Szilágyi Szilvia április 7.

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

a térerősség mindig az üreg falára merőleges, ezért a tér ott nem gömbszimmetrikus.

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Matematika A1. 8. feladatsor. Dierenciálás 2. Trigonometrikus függvények deriváltja. A láncszabály. 1. Határozzuk meg a dy/dx függvényt.

5 1 6 (2x3 + 4) 7. 4 ( ctg(4x + 2)) + c = 3 4 ctg(4x + 2) + c ] 12 (2x6 + 9) 20 ln(5x4 + 17) + c ch(8x) 20 ln 5x c = 11

Geometriai alapok Felületek

Robotika. Kinematika. Magyar Attila

5. előadás. Skaláris szorzás

Számítógépes geometria (mester kurzus)

Az egyenes és a sík analitikus geometriája

Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

= Y y 0. = Z z 0. u 1. = Z z 1 z 2 z 1. = Y y 1 y 2 y 1

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

Matematikai módszerek a zikában

Matematika A1a Analízis

METRIKA. 2D sík, két közeli pont közötti távolság, Descartes-koordinátákkal felírva:

Q 1 D Q 2 (D x) 2 (1.1)

Infobionika ROBOTIKA. X. Előadás. Robot manipulátorok II. Direkt és inverz kinematika. Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében

= e i1 e ik e j 1. tenzorok. A k = l = 0 speciális esetben e az R egységeleme. A. e q 1...q s. = e j 1...j l q 1...q s

I. feladatsor. 9x x x 2 6x x 9x. 12x 9x2 3. 9x 2 + x. x(x + 3) 50 (d) f(x) = 8x + 4 x(x 2 25)

λ 1 u 1 + λ 2 v 1 + λ 3 w 1 = 0 λ 1 u 2 + λ 2 v 2 + λ 3 w 2 = 0 λ 1 u 3 + λ 2 v 3 + λ 3 w 3 = 0

3. előadás. Elemi geometria Terület, térfogat

b) Ábrázolja ugyanabban a koordinátarendszerben a g függvényt! (2 pont) c) Oldja meg az ( x ) 2

Kétváltozós függvények ábrázolása síkmetszetek képzése által

Matematika III előadás

Gyakorló feladatok I.

Bevezetés az elméleti zikába

A gradiens törésmutatójú közeg I.

Az elméleti fizika alapjai házi feladat

Bevezetés az elméleti zikába

1. feladatsor: Vektorfüggvények deriválása (megoldás)

Néhány mozgás kvantummechanikai tárgyalása

(x + 1) sh x) (x 2 4) = cos(x 2 ) 2x, e cos x = e

Geometria 1 normál szint

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

9. előadás. Térbeli koordinátageometria

1. Generátorrendszer. Házi feladat (fizikából tudjuk) Ha v és w nem párhuzamos síkvektorok, akkor generátorrendszert alkotnak a sík vektorainak

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

3 m ; a víz sodráé sec. Bizonyítsuk be, hogy a legnagyobb szöge os! α =. 4cos 2

Koordinátageometria. , azaz ( ) a B halmazt pontosan azok a pontok alkotják, amelynek koordinátáira:

7. Kétváltozós függvények

Matematika B/1. Tartalomjegyzék. 1. Célkit zések. 2. Általános követelmények. Biró Zsolt. 1. Célkit zések Általános követelmények 1

Miskolci Egyetem GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR. Polárkoordinátás és paraméteres megadású görbék. oktatási segédanyag

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

5. házi feladat. AB, CD kitér élpárra történ tükrözések: Az ered transzformáció: mivel az origó xpont, így nincs szükség homogénkoordinátás

LINEÁRIS ALGEBRA. matematika alapszak. Euklideszi terek. SZTE Bolyai Intézet, őszi félév. Euklideszi terek LINEÁRIS ALGEBRA 1 / 40

Számítógépes Grafika mintafeladatok

1. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor

A loxodrómáról. Előző írásunkban melynek címe: A Gudermann - függvényről szó esett a Mercator - vetületről,illetve az ezen alapuló térképről 1. ábra.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK EMELT SZINT Koordinátageometria

Koordináta-geometria feladatok (középszint)

Komplex számok. (a, b) + (c, d) := (a + c, b + d)

Koordinátageometriai gyakorló feladatok I ( vektorok )

Átírás:

8 Görbevonalú koordináták A Descartes derékszög½u koordinátarendszert az i; j; k ortonormált bázis feszíti ki. Egy tetsz½oleges pont helyvektora ebben a bázisban r =xi+yj+zk ahol x; y; z a pont ún. Descartes-féle derékszög½u koordinátái. Ezek a derékszög½u koordináták kifejezhet½ok 3 másik független adat: u; v; w, ún. általános görbevonalú koordináták segítségével is, vagyis a derékszög½u koordináták az új, görbevonalú koordináták függvényei: x = x(u; v; w); y = y(u; v; w); z = z(u; v; w): A tér adott pontján három, kölcsönösen mer½oleges sík metszi egymást: az x = allando, y = allando és a z = allando sík. Egy pont helyzetét megadhatjuk mint ezen három koordinátasík közös pontját. Ha az u; v; w új koordináták közül pl. w-t rögzítjük, a kapott felület neve u; v-felület. Ha az u; v-felületen pl. v-t rögzítjük, a kapott görbe neve u-vonal. Ha az u; v-felületen u-t rögzítjük, akkor v-vonalat kapunk. Hasonlóan értelmezünk két további koordinátafelületet (v; w felület, u; w felület), valamint a w-vonalat. Ezek felelnek meg a korábbi koordináta-síkoknak és koordináta-tengelyeknek. A könnyebb jelölés kedvéért a Descartes derékszög½u koordinátákat x ; x 2 ; x 3 -mal, a görbevonalú koordinátákat u ; u 2 ; u 3 -mal jelöljük. A derékszög½u koordináták az új, görbevonalú koordináták függvényei: r = r(u ; u 2 ; u 3 ) : x = x (u ; u 2 ; u 3 ); x 2 = x 2 (u ; u 2 ; u 3 ); x 3 = x 3 (u ; u 2 ; u 3 ): Mivel u ; u 2 ; u 3 független koordináták, az inverz függvényeknek is létezniük kell, azaz a görbevonalú koordináták felírhatók a derékszög½u koordinátákkal: u i = u i (x ; x 2 ; x 3 ); i = ; 2; 3: A koordinátavonalak érint½oi, amelynek irányában a koordináta változik, a koordinátafelületre mer½oleges vektorok. Derékszög½u koordinátáik: g i = r x = ; x 2 ; x 3 u i u i u i u i 23

A tér egy P pontjában meghatározott g ; g 2 ; g 3 vektorok a görbevonalú koordinátarendszer bázisvektorai. Ily módon a tér minden pontjában de niálunk egy koordinátarendszert. Ha a g ; g 2 ; g 3 vektorok páronként mer½olegesek, a koordinátarendszert ortogonális görbevonalú koordinátarendszernek hívjuk. A továbbiakban csak ortogonális koordinátákkal foglalkozunk. Jelöljük a g i bázisvektor hosszát h i -vel, h i = jg i j. A h ; h 2 ; h 3 mennyiségeket Lamé-féle állandóknak, vagy skála-faktoroknak nevezzük. A Lamé-féle állandók segítségével kifejezhet½ok az ívhossz-elem, a felületelem és a térfogatelem. Ívhossz-elem az u vonal mentén: ds = h du elületelem az u =áll., vagyis az u 2 ; u 3 koordinátafelületen: df 23 = h 2 h 3 du 2 du 3 Térfogatelem (a koordinátafelületek által körbefogott térrész térfogata): dv = ds ds 2 ds 3 = h h 2 h 3 du du 2 du 3 9 Henger- és gömbi polárkoordinátarendszer 9. Hengerkoordinátarendszer hengerkoordináták: u = ; u 2 = '; u 3 = z z vonal ϕ vonal ρ vonal r = r(; '; z) x = cos ', y = sin '; z = z Koordinátafelületek: = all:felület henger ' = all: felület: félsík z = all: felület sík Koordinátavonalak: ld.. ábra Érint½ovektorok és skála-faktorok(lamé-állandók) g = r = (cos '; sin '; 0) h = 24

g ' = r ' = ( sin '; cos '; 0) h ' = g = r z = (0; 0; ) h z = Ívelem-négyzet: ds 2 = d 2 + 2 d' 2 + dz 2 elületelemek: df z = dd'; df ' = ddz; df = d'dz Térfogatelem: dv = dd'dz 9.2 Gömbi polár koordinátarendszer Gömbi polárkoordináták: u = r; u 2 = #; u 3 = ' z r vonal ϕ vonal ϑ vonal y x r = r(r; #; ') x = r sin # cos ', y = r sin # sin '; z = r cos # Koordinátafelületek: r = all:felület gömb # = all: felület: kúp ' = all: felület félsík Koordinátavonalak: ld.. ábra Érint½ovektorok és skála-faktorok(lamé-állandók) g r = r r = (sin # cos '; sin # sin '; cos #) h r = g ' = r # = (r cos # cos '; r cos # sin '; r sin #) h # = r g ' = r ' = ( r sin # sin '; r sin # cos '; 0) h z = r sin # Ívelem-négyzet: ds 2 = dr 2 + r 2 d# 2 + r 2 sin 2 #d' 2 25

elületelemek: df r = r 2 sin # d#d'; df # = r sin # drd'; df ' = rdrd# Térfogatelem: dv = r 2 sin # drd#d' 0 Vektoroperátorok ortogonális görbevonalú koordinátarendszerekben 0. Gradiens r = lim V!0 V H nd Számoljuk ki a r vetületét pl. a 3. koordinátavonal irányára! Legyen a térfogat egy kis henger e 3 irányú alkotóval, amelynek hossza ds 3 = h 3 du 3 ; térfogata V = A h 3 du 3. e 3 A ds 3 =h 3 du 3 A (u ; u 2 ; u 3 ) függvényt a henger fels½o és alsó lapjára, valamint palástjára kell integrálni, de a palást normálisa 8 mer½oleges e 3 -ra: 9 r e 3 = lim A!0;du 3!0 r e 3 = h 3 u 3 A többi komponensre hasonlóan, így >< [(u 3 + du 3 ) (u 3 )]A + Ah 3 du 3 >: Z palast >= nd e 3 = {z } =0 >; r = 3X i= h i u i e i Hengerkoordinátákban: h = ; h ' = ; h z = 26

r = e + ' e ' + z e z Gömbi polárkoordinátákban: h r = ; h = r; h ' = r sin Példa: rr n = nr n e r = nr n 2 r 0.2 Divergencia r = r e r + r e + r sin ' e ' H div v = r v = lim v ndf V!0 V Legyen a térfogat egy kis paralelepipedon a koordinátavonalak mentén (ábra) Az integrált a hat lapra írt összegként kezeljük: Írjuk fel például az e normálisú. és a e normálisú 2. lapra vett felületi integrált: v h 2 h 3 du 2 du 3 j : lapon v h 2 h 3 du 2 du 3 j 2: lapon Ha ezt osztjuk a V = ds ds 2 ds 3 = h h 2 h 3 du du 2 du 3 térfogattal, kapjuk hogy v h 2 h 3 j :lapon v h 2 h 3 j 2:lapon (v h 2 h 3 ) lim = V!0h h 2 h 3 du h h 2 h 3 u A másik két szemközti lap-párra hasonlóan eljárva, adódik: Hengerkoordinátákban: div v = h h 2 h 3 3X i= u i ( v i h i h h 2 h 3 ) div A = (A ) + A 2 ' + A 3 z 27

Gömbi polárkoordinátában: 0.3 Rotáció: rot v = r v = lim V!0 V div A = r 2 r (A r 2 ) + r sin H n vd; (A 2 sin ) + r sin ' (A 3) H vagy l rot v = l r v = lim vds: A!0 A G Az utóbbi alkalmasabb a komponensek meghatározására. Legyen a kis sík felület az el½oz½o ábra l = e 3 normálisú lapja. A = h du h 2 du 2 Számoljuk ki a vonalintegrálokat a szemközti oldalpárokra: e 3 rot v = ( rot v) 3 = lim A!0 v2 h 2 j u +du v 2 h 2 j u h du 2 h 2 du 3 [v h du j u2 v h du j u2 +du 2 + v 2 h 2 du 2 j u +du v 2 h 2 du 2 j u ] = = lim A!0 h h 2 v h j u2 +du 2 v h j u2 du du 2 ( rot v) 3 = h h 2 u (v 2h 2 ) u (v h 2 ) Az els½o és második komponenst hasonlóan kaphatjuk meg. Az eredményeket egy formulába összefoglalva: rot v = 3X i;j;k= h i v k h k " ijk e i h h 2 h 3 u j Praktikusan megjegyezhet½o determináns alakban: e h e 2 h 2 e 3 h 3 rot v = h h 2 h 3 u u 2 u 3 v h v 2 h 2 v 3 h 3 28

A rotáció hengerkoordinátákban rot v = ( v 3 v 2 r ' z )e + ( v z v 3 r )e 2 + ( r (rv 2 ) r v r ' )e 3 Gömbi polárkoordinátákban: (rot v) = r 2 sin (v 3r sin ) stb. ' (v 2r) = r sin (v 3 sin ) v 2 r sin ' 0.4 A Laplace-operátor: a) Skalárfüggvényre: r 2 = r(r) r 2 = h h 2 h 3 3X i= u i h h 2 h 3 h 2 i u i b) Vektormez½ore: r 2 A = r(r A) r (r A) Derékszögú koordinátarendszerben: r 2 P = 3 2 = 2 i= x 2 i x + 2 2 y + 2 2 z 2 Hengerkoordinátarendszerben: r 2 = ( ) + 2 2 ' + 2 2 z 2 3. Gömbi polárkoordinátarendszerben: r 2 = r 2 (r2 r r ) + r 2 sin (sin ) + r 2 sin 2 2 ' 2 Példa: A Coulomb-törvény: E = r e 2 r r E = 0, ha r 6=0 Ha a V térfogat nem tartalmazza az origót ( r 6=0) akkor a Gauss tétel szerint: Z I r EdV = E ndf = 0. V Mit mondhatunk ha r = 0 2V? A Gauss-tétel továbbra is alkalmazható ha az origót kihagyjuk egy kis " sugarú gömbbel, és utána "! 0 határértéket veszünk: I I I 0 = E ndf = E ndf + 0 " gomb E ndf 29

V ε n Z E ndf = 4" 2 E r = 4" 2 " 2 = 4 " I E ndf = 4 ez az elektrosztatika Gauss-törvénye. 30