Vectoren, vraagstuk 82

Gegeven het vectorveld:
Vergelijking
Het oppervlak S is de wand (mantel en bodem) van een omgekeerde kegel met de top in de oorsprong waarvan de bodem een cirkelschijf met straal 4 is op hoogte z = 4. Bereken de naar buiten gerichte flux van v door S.
Grafiek
Het vectorveld v
De (omgekeerde) kegel is een cirkel waarvan de straal toeneemt met z:
Vergelijking
Grafiek
De grafiek van z = (x2 + y2)1/2
Dit plaatje is waarschijnlijk duidelijker:
Grafiek
De grafiek van z = (x2 + y2)1/2
De bodem (B) is een cirkelschijf, een verzameling cirkels met maximale straal r = 4 op hoogte z = 4:
Vergelijking
Voor een cirkel geldt immers:
Vergelijking
Voor zowel de mantel (M) als de cirkelschijf geldt dus voor de straal:
Vergelijking
De totale flux door de kegelwand (bodem + mantel) is:
Vergelijking
Gauss
Gauss

Volgens meneer Gauss geldt ook voor deze kegel de stelling van Gauss:

Vergelijking

Symbool kennen we als volgt:
Vergelijking
Dan wordt het inwendig product Symboolv:
Vergelijking
Deze kegel, een omwentelingslichaam om de z-as, vraagt gewoon om cilindercoördinaten:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Het omschrijven naar cilindercoördinaten levert dit resultaat op:
Vergelijking
In cilindercoördinaten geldt voor een volumestukje dV:
Vergelijking
De grenzen van de kegel zijn:
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
De uitwerking van de integraal wordt dan:
Vergelijking