Vectoren, vraagstuk 66

Het oppervlak S is de grafiek van de functie:
Vergelijking
Het vectorveld v is gegeven door:
Vergelijking
  1. Geef een parametrisering van S.
  2. Bereken een naar boven gerichte normaal op S (hoeft niet genormeerd te worden).
  3. Bereken de volgende integraal, waarbij A is georiënteerd volgens de naar boven gerichte normaal:
    Vergelijking
Grafiek
De grafiek van f (x, y) = x + y + 1
Grafiek
Het vectorveld v
  1. Geef een parametrisering van S.

    Als we stellen dat:
    Vergelijking
    Dan kunnen we het oppervlak S ook schrijven als:
    Vergelijking
    Vervolgens kunnen we ook nog simpelweg stellen dat:
    Vergelijking
    Vergelijking
    Waaruit volgt voor z:
    Vergelijking
    De beschrijving van S wordt dan:
    Vergelijking
  2. Bereken een naar boven gerichte normaal op S (hoeft niet genormeerd te worden).

    We kunnen S nog anders opschrijven als volgt:
    Vergelijking
    Want door dit uit te schrijven in componenten krijgen we weer:
    Vergelijking
    Vergelijking
    Vergelijking
    Een normaalvector volgt dan uit het uitwendig product van de twee richtingsvectoren:
    Vergelijking
    Of ik kan eerst de partiële afgeleiden bepalen:
    Vergelijking
    Vergelijking
    Het uitwendig product van deze twee vectoren levert wederom een normaalvector op:
    Vergelijking
    Hiervoor is gesteld dat:
    Vergelijking
    Vergelijking
    Daarom kunnen we de partiële afgeleiden ook rechtstreeks bepalen naar x en y:
    Vergelijking
    Vergelijking
    Het uitwendig product van deze twee vectoren levert ook in dit geval de volgende normaalvector op:
    Vergelijking
    Ik ga de normaalvector nu uitrekenen:
    Vergelijking
    De z-component is 1, dus altijd positief, dus n is altijd naar boven gericht.
  3. Bereken de volgende integraal, waarbij A is georiënteerd volgens de naar boven gerichte normaal:
    Vergelijking
    Omdat geldt dat:
    Vergelijking
    Vergelijking
    Hierdoor kunnen we voor het vectorveld v ook schrijven:
    Vergelijking
    De vector dA is (in dit geval) gelijk aan de normaalvector die we reeds berekend hebben:
    Vergelijking
    Het inwendig product van deze twee vectoren levert op:
    Vergelijking
    De uitwerking van de integraal wordt dan:
    Vergelijking