Math Problem Statement

найти массу участка кривой, заданной параметрическими уравнениями x e t x=e t , y e − t y=e −t , z=(√2)t для t ∈ [ 0 , 2 ] t∈[0,2] и с плотностью ρ=(√2)xyz

Solution

Для нахождения массы участка кривой, заданной параметрическими уравнениями r(t)=(x(t),y(t),z(t))\mathbf{r}(t) = (x(t), y(t), z(t)), с плотностью ρ(x,y,z)\rho(x, y, z), используем формулу:
M=t1t2ρ(x(t),y(t),z(t))r(t)dt,M = \int_{t_1}^{t_2} \rho(x(t), y(t), z(t)) \|\mathbf{r}'(t)\| dt, где r(t)\|\mathbf{r}'(t)\| — длина вектора скорости, а ρ(x,y,z)\rho(x, y, z) — плотность в зависимости от координат.

Даны параметры:
x(t)=et,y(t)=et,z(t)=2t,ρ(x,y,z)=2xyz,t[0,2].x(t) = e^t, \quad y(t) = e^{-t}, \quad z(t) = \sqrt{2}t, \quad \rho(x, y, z) = \sqrt{2}xyz, \quad t \in [0, 2].

1. Найдём производные координат:

x(t)=et,y(t)=et,z(t)=2.x'(t) = e^t, \quad y'(t) = -e^{-t}, \quad z'(t) = \sqrt{2}.

2. Вычислим длину вектора скорости:

r(t)=(x(t))2+(y(t))2+(z(t))2.\|\mathbf{r}'(t)\| = \sqrt{(x'(t))^2 + (y'(t))^2 + (z'(t))^2}. Подставляем производные: r(t)=(et)2+(et)2+(2)2.\|\mathbf{r}'(t)\| = \sqrt{(e^t)^2 + (-e^{-t})^2 + (\sqrt{2})^2}. Упростим выражение: r(t)=e2t+e2t+2.\|\mathbf{r}'(t)\| = \sqrt{e^{2t} + e^{-2t} + 2}.

3. Подставим плотность ρ(x,y,z)\rho(x, y, z):

ρ(x,y,z)=2xyz=2(et)(et)(2t)=2t.\rho(x, y, z) = \sqrt{2}xyz = \sqrt{2}(e^t)(e^{-t})(\sqrt{2}t) = 2t.

4. Масса участка кривой:

M=02ρ(x(t),y(t),z(t))r(t)dt=022te2t+e2t+2dt.M = \int_0^2 \rho(x(t), y(t), z(t)) \|\mathbf{r}'(t)\| dt = \int_0^2 2t \sqrt{e^{2t} + e^{-2t} + 2} \, dt.

Это выражение не имеет элементарного интеграла, поэтому требуется численное вычисление. Хотите, чтобы я продолжил и вычислил значение?

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Calculus
Parametric Equations
Curve Integration
Density Functions

Formulas

Mass of a curve: M = ∫(ρ(x(t), y(t), z(t)) ||r'(t)|| dt)
Vector magnitude: ||r'(t)|| = √((dx/dt)^2 + (dy/dt)^2 + (dz/dt)^2)
Parametric derivatives: dx/dt, dy/dt, dz/dt

Theorems

Fundamental Theorem of Calculus
Arc Length Formula for Parametric Curves

Suitable Grade Level

Undergraduate Mathematics or Advanced High School Calculus