Autor Tema: Integral Cerrada

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17 Noviembre, 2018, 05:30 pm
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dario_oasis

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Hola como estan? disculpen podrían ayudarme con este ejercicio? Necesito que me guie, ósea lo veo imposible de hacer si no me indican los pasos a seguir, es una integral complicada me parece:

Demostrar que     \(  \displaystyle\oint_{C}(e^{(x+2y)}cos(3z-1)+2y^2)dx+(2e^{(x+2y)}cos(3z-1)+4xy)dy-3e^{(x+2y)}sen(3z-1)dz=0 \)

siendo la C elipse \( \displaystyle\frac{x^2}{16}+\displaystyle\frac{y^2}{25}=1 \) recorrida antihoraria

Desde ya muchas gracias!

17 Noviembre, 2018, 06:14 pm
Respuesta #1

Masacroso

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Te basta con comprobar que el diferencial es cerrado y el dominio del mismo es simplemente conexo, como parece ser este caso, entonces el resultado de la integral no es más que una aplicación del lema de Poincaré.

Un diferencial \( \alpha(x):=\sum_{k=1}^n f_k(x) dx_k \) es cerrado si \( \partial_jf_k=\partial_k f_j \) para todo \( j,k\in\{1,\ldots,n\} \). Si además toma valores en un conjunto simplemente conexo (como por ejemplo una bola abierta) entonces toda integral sobre una curva cerrada contenida en ese conjunto vale cero.

En tu caso es fácil ver que el diferencial tiene como dominio a todo \( \Bbb R^3 \), entonces si es cerrado verificas que el valor de esa integral debe ser cero, ya que la elipse en donde se integra es una curva cerrada en \( \Bbb R^3 \).

19 Noviembre, 2018, 04:05 am
Respuesta #2

dario_oasis

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Disculpa resolviendo la integral llegue a esto, no se si está bien resuelto? Lo único que haciendo la resta  no me da cero, como decís que me tendría que dar, el ultimo termino me estaría sobrando o no? Decime en que me equivoque desde ya muchas gracias!
1)\( \displaystyle\int_{}^{}e^{(x+2y)}cos(3z-1)+2y^2)dx \)
\( \displaystyle\int_{}^{}e^{x+2y}dx+\displaystyle\int_{}^{}2y^2dx \)
\( cos(3z-1)e^{x+2y}+2y^2x+c \)

2)\( \displaystyle\int_{}^{}2e^{(x+2y)}cos(3z-1)+4xydy \)
\( \displaystyle\int_{}^{}2xos(3z-1).e^{x+2y}+4xy \)
\( \displaystyle\int_{}^{}2cos(3z-1).e^{x+2y}+x.y^2 \)
\( cos(3z-1).e^{x+2y}+2xy^2+c \)

3)este es el que me estaria sobrando no me quedaria cero sino algo negativo

\( \displaystyle\int_{}^{}3e^{x+2y}.sen(3z-1)dz \)
\( 3.e^{x+2y}\displaystyle\int_{}^{}sen(3z-1)dz \)

\( 3e^{x+2y}\displaystyle\int_{}^{}\displaystyle\frac{sen(t)}{3}dt \)

\( 3e^{x+2y}.1/3\displaystyle\int_{}^{}sen(t)dt \)

\( e^{x+2y}.(-cos(t)) \)

\( e^{x+2y}.(-cos(3z-1) \)

\( -e^{x+2y}.cos(3z-1) \)

\( -e^{x+2y}.cos(3z-1)+c \)

19 Noviembre, 2018, 03:33 pm
Respuesta #3

Luis Fuentes

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Hola

Disculpa resolviendo la integral llegue a esto, no se si está bien resuelto? Lo único que haciendo la resta  no me da cero, como decís que me tendría que dar, el ultimo termino me estaría sobrando o no? Decime en que me equivoque desde ya muchas gracias!
1)\( \displaystyle\int_{}^{}e^{(x+2y)}cos(3z-1)+2y^2)dx \)
\( \displaystyle\int_{}^{}e^{x+2y}dx+\displaystyle\int_{}^{}2y^2dx \)
\( cos(3z-1)e^{x+2y}+2y^2x+c \)

2)\( \displaystyle\int_{}^{}2e^{(x+2y)}cos(3z-1)+4xydy \)
\( \displaystyle\int_{}^{}2xos(3z-1).e^{x+2y}+4xy \)
\( \displaystyle\int_{}^{}2cos(3z-1).e^{x+2y}+x.y^2 \)
\( cos(3z-1).e^{x+2y}+2xy^2+c \)

3)este es el que me estaria sobrando no me quedaria cero sino algo negativo

\( \displaystyle\int_{}^{}3e^{x+2y}.sen(3z-1)dz \)
\( 3.e^{x+2y}\displaystyle\int_{}^{}sen(3z-1)dz \)

\( 3e^{x+2y}\displaystyle\int_{}^{}\displaystyle\frac{sen(t)}{3}dt \)

\( 3e^{x+2y}.1/3\displaystyle\int_{}^{}sen(t)dt \)

\( e^{x+2y}.(-cos(t)) \)

\( e^{x+2y}.(-cos(3z-1) \)

\( -e^{x+2y}.cos(3z-1) \)

\( -e^{x+2y}.cos(3z-1)+c \)

Esa no es la integral sobre la curva y además no hace falta que resuelvas la integral. ¿Has leído la respuesta de Masacroso?.

Saludos.

19 Noviembre, 2018, 04:05 pm
Respuesta #4

dario_oasis

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Buen día, gracias por responder, si la leí pero la verdad no la entendí mucho, las integrales no hay q resolverlas?entonces?

19 Noviembre, 2018, 06:51 pm
Respuesta #5

Masacroso

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Buen día, gracias por responder, si la leí pero la verdad no la entendí mucho, las integrales no hay q resolverlas?entonces?

Quizá puedas resolverla pero parametrizar la elipse y meter la parametrización en la integral la va a hacer tediosa de resolver, suponiendo que sea posible.

Para entender mejor lo que he dicho antes consulta sobre el lema de Poincaré, es un resultado básico en geometría diferencial. He estado buscando en internet y no encuentro una fuente con suficientes ejemplos y desarrollo (es decir, bien explicada).

Es complicado sintetizarlo todo en una respuesta, es mejor lo estudies previamente en algún libro.

19 Noviembre, 2018, 07:23 pm
Respuesta #6

dario_oasis

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No creo q tenga tiempo ,tengo q exponer este ejercicio mañana, no me podrías dar una mano o resolverlo si es necesario?

19 Noviembre, 2018, 08:55 pm
Respuesta #7

Luis Fuentes

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Hola

No creo q tenga tiempo ,tengo q exponer este ejercicio mañana, no me podrías dar una mano o resolverlo si es necesario?

No podemos ayudarte ni no sabemos que teoría te han explicado para que la puedas aplicar (y lo que es peor, no parece que tu la sepas). Similar a lo que propone Masacroso es aplicar el Teorema del Rotacional (una versión del de Stokes, pág 20). Como tu campo tiene rotacional cero, la integral sobre el interior de una curva cerrada es nula. A efectos de cuentas la cosa se reduce a calcular el rotacional.

Saludos.

21 Noviembre, 2018, 08:14 pm
Respuesta #8

dario_oasis

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Pero como hago para calcular el rotacional, de algo que me dan en integrales, si yo tengo entendido q para calcular el rotacional m lo tienen q dar en :
F:(x,y,z)

22 Noviembre, 2018, 01:42 am
Respuesta #9

delmar

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Hola

Hay que entender ese integral. Lo que te dan, es el integral de línea (a lo largo de una línea C, en este caso la elipse) de un campo vectorial \( \vec{F}(x,y,z) \). En otras palabras lo que te dan es : \( \displaystyle\int_{C}^{} \ \vec{F}(x,y,z) \ \cdot{ \ d\vec{r}} \)

De una manera muy simplificada; pero práctica, si \( \vec{F}(x,y,z)=F_x\vec{i}+F_y \vec{j}+F_z \vec{k} \) y si \( \vec{r}(t)=x\vec{i}+y\vec{j}+z\vec{k}\Rightarrow{d\vec{r}=dx\vec{i}+dy\vec{j}+dz\vec{k}} \) en consecuencia se tiene, que el producto interno \( \vec{F}(x,y,z) \ \cdot{ \ d\vec{r}}=F_x \ dx+F_y \ dy+F_z \ dz \), por lo tanto :

\( \displaystyle\int_{C}^{} \ \vec{F}(x,y,z) \ \cdot{ \ d\vec{r}}=\displaystyle\int_{C}^{} \ F_x \ dx+F_y \ dy+F_z \ dz \), donde \( F_x(x,y,z),F_y(x,y,z),F_z(x,y,z) \)

En este caso :

\( F_x(x,y,z)=e^{(x+2y)} \ cos(3z-1)+2y^2 \)

\( F_y(x,y,z)=2e^{(x+2y)} \ cos(3z-1)+4xy \)

etc

Hay tipos de campos vectoriales, esencialmente conservativos o no conservativos.

En los conservativos existe una campo escalar \( \phi(x,y,z) \) tal que \( \nabla \phi=\vec{F} \), esto equivale :

a) A que el integral de línea entre dos puntos no depende de la trayectoria, solamente depende del punto inicial y el final.

b) A que el integral para toda línea cerrada es cero

c) \( \frac{{\partial F_x}}{{\partial y}}=\frac{{\partial F_y}}{{\partial x}}, \ \frac{{\partial F_x}}{{\partial z}}=\frac{{\partial F_z}}{{\partial x}}, \ \frac{{\partial F_y}}{{\partial z}}=\frac{{\partial F_z}}{{\partial y}} \)

He puesto en negrita la condición b), por que si esa condición se cumple, el integral de línea cerrado a lo largo de la elipse sería un caso particular y sería cero. Una manera de averiguar si se cumple b) es averiguando si se cumple c), entiendo que esas derivadas son desagradables; pero al desarrollarlas son sencillas, así que eso es lo que tienes que hacer, por otra parte esas expresiones equivalen a que el rotacional sea cero.

Saludos