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応用数学A

untitled

() x + y + y + x dy dx = 0 () dy + xy = x dx y + x y ( 5) ( s55906) 0.7. (). 5 (). ( 6) ( s6590) 0.8 m n. 0.9 n n A. ( 6) ( s6590) f A (λ) = det(a λi)

18 2 F 12 r 2 r 1 (3) Coulomb km Coulomb M = kg F G = ( ) ( ) ( ) 2 = [N]. Coulomb


i

Gmech08.dvi

(1) D = [0, 1] [1, 2], (2x y)dxdy = D = = (2) D = [1, 2] [2, 3], (x 2 y + y 2 )dxdy = D = = (3) D = [0, 1] [ 1, 2], 1 {


x () g(x) = f(t) dt f(x), F (x) 3x () g(x) g (x) f(x), F (x) (3) h(x) = x 3x tf(t) dt.9 = {(x, y) ; x, y, x + y } f(x, y) = xy( x y). h (x) f(x), F (x

120 9 I I 1 I 2 I 1 I 2 ( a) ( b) ( c ) I I 2 I 1 I ( d) ( e) ( f ) 9.1: Ampère (c) (d) (e) S I 1 I 2 B ds = µ 0 ( I 1 I 2 ) I 1 I 2 B ds =0. I 1 I 2

II No.01 [n/2] [1]H n (x) H n (x) = ( 1) r n! r!(n 2r)! (2x)n 2r. r=0 [2]H n (x) n,, H n ( x) = ( 1) n H n (x). [3] H n (x) = ( 1) n dn x2 e dx n e x2

F S S S S S S S 32 S S S 32: S S rot F ds = F d l (63) S S S 0 F rot F ds = 0 S (63) S rot F S S S S S rot F F (63)

grad φ(p ) φ P grad φ(p ) p P p φ P p l t φ l t = 0 g (0) g (0) (31) grad φ(p ) p grad φ φ (P, φ(p )) xy (x, y) = (ξ(t), η(t)) ( )

微分積分 サンプルページ この本の定価 判型などは, 以下の URL からご覧いただけます. このサンプルページの内容は, 初版 1 刷発行時のものです.

II A A441 : October 02, 2014 Version : Kawahira, Tomoki TA (Kondo, Hirotaka )

II ( ) (7/31) II ( [ (3.4)] Navier Stokes [ (6/29)] Navier Stokes 3 [ (6/19)] Re

2.4 ( ) ( B ) A B F (1) W = B A F dr. A F q dr f(x,y,z) A B Γ( ) Minoru TANAKA (Osaka Univ.) I(2011), Sec p. 1/30

応力とひずみ.ppt

1 I 1.1 ± e = = - = C C MKSA [m], [Kg] [s] [A] 1C 1A 1 MKSA 1C 1C +q q +q q 1

II 2 II

Untitled

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Chap11.dvi

3 filename=quantum-3dim110705a.tex ,2 [1],[2],[3] [3] U(x, y, z; t), p x ˆp x = h i x, p y ˆp y = h i y, p z ˆp z = h


2. 2 P M A 2 F = mmg AP AP 2 AP (G > : ) AP/ AP A P P j M j F = n j=1 mm j G AP j AP j 2 AP j 3 P ψ(p) j ψ(p j ) j (P j j ) A F = n j=1 mgψ(p j ) j AP

W u = u(x, t) u tt = a 2 u xx, a > 0 (1) D := {(x, t) : 0 x l, t 0} u (0, t) = 0, u (l, t) = 0, t 0 (2)

( ) sin 1 x, cos 1 x, tan 1 x sin x, cos x, tan x, arcsin x, arccos x, arctan x. π 2 sin 1 x π 2, 0 cos 1 x π, π 2 < tan 1 x < π 2 1 (1) (

変 位 変位とは 物体中のある点が変形後に 別の点に異動したときの位置の変化で あり ベクトル量である 変位には 物体の変形の他に剛体運動 剛体変位 が含まれている 剛体変位 P(x, y, z) 平行移動と回転 P! (x + u, y + v, z + w) Q(x + d x, y + dy,

. p.1/14

II (10 4 ) 1. p (x, y) (a, b) ε(x, y; a, b) 0 f (x, y) f (a, b) A, B (6.5) y = b f (x, b) f (a, b) x a = A + ε(x, b; a, b) x a 2 x a 0 A = f x (

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i 18 2H 2 + O 2 2H 2 + ( ) 3K

2.5 (Gauss) (flux) v(r)( ) S n S v n v n (1) v n S = v n S = v S, n S S. n n S v S v Minoru TANAKA (Osaka Univ.) I(2012), Sec p. 1/30

6kg 1.1m 1.m.1m.1 l λ ϵ λ l + λ l l l dl dl + dλ ϵ dλ dl dl + dλ dl dl 3 1. JIS 1 6kg 1% 66kg 1 13 σ a1 σ m σ a1 σ m σ m σ a1 f f σ a1 σ a1 σ m f 4

II 2 ( )

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1. z dr er r sinθ dϕ eϕ r dθ eθ dr θ dr dθ r x 0 ϕ r sinθ dϕ r sinθ dϕ y dr dr er r dθ eθ r sinθ dϕ eϕ 2. (r, θ, φ) 2 dr 1 h r dr 1 e r h θ dθ 1 e θ h

φ s i = m j=1 f x j ξ j s i (1)? φ i = φ s i f j = f x j x ji = ξ j s i (1) φ 1 φ 2. φ n = m j=1 f jx j1 m j=1 f jx j2. m

I ( ) 1 de Broglie 1 (de Broglie) p λ k h Planck ( Js) p = h λ = k (1) h 2π : Dirac k B Boltzmann ( J/K) T U = 3 2 k BT

) ] [ h m x + y + + V x) φ = Eφ 1) z E = i h t 13) x << 1) N n n= = N N + 1) 14) N n n= = N N + 1)N + 1) 6 15) N n 3 n= = 1 4 N N + 1) 16) N n 4

2014 S hara/lectures/lectures-j.html r 1 S phone: ,

1 nakayama/print/ Def (Definition ) Thm (Theorem ) Prop (Proposition ) Lem (Lemma ) Cor (Corollary ) 1. (1) A, B (2) ABC

2.2 h h l L h L = l cot h (1) (1) L l L l l = L tan h (2) (2) L l 2 l 3 h 2.3 a h a h (a, h)

v er.1/ c /(21)

50 2 I SI MKSA r q r q F F = 1 qq 4πε 0 r r 2 r r r r (2.2 ε 0 = 1 c 2 µ 0 c = m/s q 2.1 r q' F r = 0 µ 0 = 4π 10 7 N/A 2 k = 1/(4πε 0 qq

untitled

No δs δs = r + δr r = δr (3) δs δs = r r = δr + u(r + δr, t) u(r, t) (4) δr = (δx, δy, δz) u i (r + δr, t) u i (r, t) = u i x j δx j (5) δs 2

Acrobat Distiller, Job 128

9 2 1 f(x, y) = xy sin x cos y x y cos y y x sin x d (x, y) = y cos y (x sin x) = y cos y(sin x + x cos x) x dx d (x, y) = x sin x (y cos y) = x sin x

,. Black-Scholes u t t, x c u 0 t, x x u t t, x c u t, x x u t t, x + σ x u t, x + rx ut, x rux, t 0 x x,,.,. Step 3, 7,,, Step 6., Step 4,. Step 5,,.

7-12.dvi

Fubini

III No (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) x 2 3xy + 2 lim. (x,y) (1,0) x 2 + y 2 lim (x,y) (0,0) lim (x,y) (0,0) lim (x,y) (0,0) 5x 2 y x 2 + y 2. xy x2 + y

1 (Berry,1975) 2-6 p (S πr 2 )p πr 2 p 2πRγ p p = 2γ R (2.5).1-1 : : : : ( ).2 α, β α, β () X S = X X α X β (.1) 1 2

B 38 1 (x, y), (x, y, z) (x 1, x 2 ) (x 1, x 2, x 3 ) 2 : x 2 + y 2 = 1. (parameter) x = cos t, y = sin t. y = f(x) r(t) = (x(t), y(t), z(t)), a t b.

1 No.1 5 C 1 I III F 1 F 2 F 1 F 2 2 Φ 2 (t) = Φ 1 (t) Φ 1 (t t). = Φ 1(t) t = ( 1.5e 0.5t 2.4e 4t 2e 10t ) τ < 0 t > τ Φ 2 (t) < 0 lim t Φ 2 (t) = 0

1 1 u m (t) u m () exp [ (cπm + (πm κ)t (5). u m (), U(x, ) f(x) m,, (4) U(x, t) Re u k () u m () [ u k () exp(πkx), u k () exp(πkx). f(x) exp[ πmxdx


18 ( ) I II III A B C(100 ) 1, 2, 3, 5 I II A B (100 ) 1, 2, 3 I II A B (80 ) 6 8 I II III A B C(80 ) 1 n (1 + x) n (1) n C 1 + n C

sec13.dvi

Radiation from moving charges#1 Liénard-Wiechert potential Yuji Chinone 1 Maxwell Maxwell MKS E (x, t) + B (x, t) t = 0 (1) B (x, t) = 0 (2) B (x, t)

46 4 E E E E E 0 0 E E = E E E = ) E =0 2) φ = 3) ρ =0 1) 0 2) E φ E = grad φ E =0 P P φ = E ds 0

<4D F736F F D2094F795AA8C608EAE8E478B4C92A08250>

G:/SHIRAFUJI/テキスト類/EM1999/ALL/em99ps.dvi

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.5 z = a + b + c n.6 = a sin t y = b cos t dy d a e e b e + e c e e e + e 3 s36 3 a + y = a, b > b 3 s363.7 y = + 3 y = + 3 s364.8 cos a 3 s365.9 y =,

(1) (2) (3) (4) HB B ( ) (5) (6) (7) 40 (8) (9) (10)

dy + P (x)y = Q(x) (1) dx dy dx = P (x)y + Q(x) P (x), Q(x) dy y dx Q(x) 0 homogeneous dy dx = P (x)y 1 y dy = P (x) dx log y = P (x) dx + C y = C exp

(iii) 0 V, x V, x + 0 = x. 0. (iv) x V, y V, x + y = 0., y x, y = x. (v) 1x = x. (vii) (α + β)x = αx + βx. (viii) (αβ)x = α(βx)., V, C.,,., (1)

2 N(ε 1 ) N(ε 2 ) ε 1 ε 2 α ε ε 2 1 n N(ɛ) N ɛ ɛ- (1.1.3) n > N(ɛ) a n α < ɛ n N(ɛ) a n

b3e2003.dvi

5. [1 ] 1 [], u(x, t) t c u(x, t) x (5.3) ξ x + ct, η x ct (5.4),u(x, t) ξ, η u(ξ, η), ξ t,, ( u(ξ,η) ξ η u(x, t) t ) u(x, t) { ( u(ξ, η) c t ξ ξ { (

1 1.1 ( ). z = a + bi, a, b R 0 a, b 0 a 2 + b 2 0 z = a + bi = ( ) a 2 + b 2 a a 2 + b + b 2 a 2 + b i 2 r = a 2 + b 2 θ cos θ = a a 2 + b 2, sin θ =

x = a 1 f (a r, a + r) f(a) r a f f(a) 2 2. (a, b) 2 f (a, b) r f(a, b) r (a, b) f f(a, b)

7. y fx, z gy z gfx dz dx dz dy dy dx. g f a g bf a b fa 7., chain ule Ω, D R n, R m a Ω, f : Ω R m, g : D R l, fω D, b fa, f a g b g f a g f a g bf a

I-2 (100 ) (1) y(x) y dy dx y d2 y dx 2 (a) y + 2y 3y = 9e 2x (b) x 2 y 6y = 5x 4 (2) Bernoulli B n (n = 0, 1, 2,...) x e x 1 = n=0 B 0 B 1 B 2 (3) co

1 filename=mathformula tex 1 ax 2 + bx + c = 0, x = b ± b 2 4ac, (1.1) 2a x 1 + x 2 = b a, x 1x 2 = c a, (1.2) ax 2 + 2b x + c = 0, x = b ± b 2

M3 x y f(x, y) (= x) (= y) x + y f(x, y) = x + y + *. f(x, y) π y f(x, y) x f(x + x, y) f(x, y) lim x x () f(x,y) x 3 -

( : December 27, 2015) CONTENTS I. 1 II. 2 III. 2 IV. 3 V. 5 VI. 6 VII. 7 VIII. 9 I. 1 f(x) f (x) y = f(x) x ϕ(r) (gradient) ϕ(r) (gradϕ(r) ) ( ) ϕ(r)

JKR Point loading of an elastic half-space 2 3 Pressure applied to a circular region Boussinesq, n =

2009 IA 5 I 22, 23, 24, 25, 26, (1) Arcsin 1 ( 2 (4) Arccos 1 ) 2 3 (2) Arcsin( 1) (3) Arccos 2 (5) Arctan 1 (6) Arctan ( 3 ) 3 2. n (1) ta

f (x) x y f(x+dx) f(x) Df 関数 接線 x Dx x 1 x x y f f x (1) x x 0 f (x + x) f (x) f (2) f (x + x) f (x) + f = f (x) + f x (3) x f

2010 II / y = e x y = log x = log e x 2. ( e x ) = e x 3. ( ) log x = 1 x 1.2 Warming Up 1 u = log a M a u = M a 0

9 1. (Ti:Al 2 O 3 ) (DCM) (Cr:Al 2 O 3 ) (Cr:BeAl 2 O 4 ) Ĥ0 ψ n (r) ω n Schrödinger Ĥ 0 ψ n (r) = ω n ψ n (r), (1) ω i ψ (r, t) = [Ĥ0 + Ĥint (

x (x, ) x y (, y) iy x y z = x + iy (x, y) (r, θ) r = x + y, θ = tan ( y ), π < θ π x r = z, θ = arg z z = x + iy = r cos θ + ir sin θ = r(cos θ + i s

N cos s s cos ψ e e e e 3 3 e e 3 e 3 e

曲面のパラメタ表示と接線ベクトル

pdf

x y x-y σ x + τ xy + X σ y B = + τ xy + Y B = S x = σ x l + τ xy m S y = σ y m + τ xy l σ x σ y τ xy X B Y B S x S y l m δu δv [ ( σx δu + τ )

7. 曲面上の積分 (1) ここでは曲面上の積分を学びます. 微分幾何とは点の周りの状態を調べる学問 ( 曲面の局部理論 ) ですが, ガウス ボンネの定理が示すように曲面全体の状況すなわち大域的な内容を研究することも大切です. 曲面の大域的な内容を扱うには当然積分が必要です. ここでは曲面上の積分

1 1 sin cos P (primary) S (secondly) 2 P S A sin(ω2πt + α) A ω 1 ω α V T m T m 1 100Hz m 2 36km 500Hz. 36km 1

Microsoft Word - 計算力学2007有限要素法.doc

第1章 微分方程式と近似解法

r III... IV.. grad, div, rot. grad, div, rot 3., B grad, div, rot I, II ɛ-δ web page (

振動と波動

Lebesgue Fubini L p Banach, Hilbert Höld

物性基礎

A

Transcription:

米田 戸倉川月 7 限 193~21 西 5-19 応用数学 A 積分定理 Gaussの定理 divbd = B nds Stokesの定理 E bds = E dr Green の定理 g x f y dxdy = fdx + gdy = f e i + ge j dr Gauss の発散定理 S n FdS = Fd

1777-1855 ドイツ Johann arl Friedrich Gauss Gauss の磁場の単位 Gaussian 分布 1819-193 アイルランド Sir George Gabriel Stokes Navier Stokes equations Stokes 光

George Green 1793 ー 1841 Green theory Green function

1795 年 7 月 22 日 - 187 年 5 月 1 日 ラメ定数 ラメ関数 共立出版ロマルフスキー著応用数学の基礎 など

Gauss の定理 divbd = B nds r q + ds E Green の定理へ

Stokes の定理 E bds = E dr S b E(r) ds E(r) dr

Green の定理 面 境界線 ただし は左向き g x f y dxdy = fdx + gdy = f e i + ge j dr

Gauss の定理の証明 A d = A n ds Gauss の定理証明 1. 例えば A = φ(x, y) ψ (x, y) とする 左辺 = A d = φ(x, y) x ψ (x, y) y dxdydz = X Y φ(x, y) x ψ (x, y) y dxdy z S1 φ x ψ y dxdy = (φdy ψdx)

Gauss の定理の証明 1. A d = Gauss の定理 φ(x, y) A = ψ (x, y) A n ds = S1 A n ds A n ds + S2 A n ds + S3 A n ds = S3 (φ cos α ψ sin α) ds = Δz (φ cos α ψ sin α) ds = Δz (φdy ψdx) S1 φ x ψ y 2. 積分を以下の円筒と考える dxdy = dy dx (φdy ψdx) z S2(X-Y) S1(X-Y) y ds a a n2 = n1 = 1 S3(z) 1 n3 = x cos α sin α

Gauss の定理の証明 A d = Gauss の定理 1. 例えば A n ds A = とする 2. 積分を以下の円筒と考える φ(x, y) ψ (x, y) z S2(X-Y) n2 = 1 S3(z) 証明 A d = φ(x, y) x ψ (x, y) y dxdydz = X Y φ(x, y) x ψ (x, y) y S1(X-Y) dxdy z n1 = 1 n3 = cos α sin α A n ds = S1 A n ds + S2 A n ds + S3 A n ds = S3 (φ cos α ψ sin α) ds = Δz (φ cos α ψ sin α) ds = Δz (φdy ψdx) dy dx y ds a a x S1 φ x ψ y dxdy = (φdy ψdx)

ところで法線ベクトルとは case 1 ある曲面がg(x, y, z)=constantというように表されているならば 法線ベクトルnは n = g g case 2 曲面が r = r(u, v) で表される時 u d r du, d r dv をこの曲面に接している線として v n = ± r u r u r v r v を法線ベクトルとする

使い方 例題 1 Gauss の定理 A d = A n ds, を球 Aを x 2 + y 2 + z 2 = 1 F = 4xe x + 4ye y 2ze z とする z 法線ベクトル n を求める g x, y, z = x 2 + y 2 + z 2 y g = 2xe x + 2ye y + 2ze z g = 2x 2 + 2y 2 + 2z 2 = 2 x 2 + y 2 + z 2 = 2 n = g g = (xe x + ye y + ze z ) x 面が決まる =>(x, y, z) が (x, y) になる r = xe x + ye y + ze z xe x + ye y + f(x, y)e z e z 面積分を x, y 平面に投影させる S F ds = F n 1 n e z dxdy 傾いている効果 ds F n dxdy ds

上半分 F ds = S 上 F n 1 n e z dxdy = (4xe x + 4ye y 2ze z ) (xe x + ye y + ze z ) 1 (xe x + ye y + ze z ) e z dxdy (4x 2 + 4y 2 2z 2 ) = 4x 2 + 4y 2 2 1 x 2 y 2 = 6x 2 + 6y 2 2 ( 1 x 2 y 2 ) x 2 + y 2 + z 2 = 1 2 3x2 + 3y 2 1 1 x 2 y 2 dxdy = ξ = 1 r 2, dξ = 2rdr 2 3r2 2π 1 1 r dθrdr = 2 dθ 2 1 2p 1 3 1 r 2 + 1 rdr 1 r 2 3 ξ 2 ξ dξ = 3 2 3 ξ3 2 ξ 1 2 1 = 1 = 4p x 2 上下 = 8p F = 4xe x + 4ye y 2ze z div Fd = 4 + 4 2 d = 6 4π 3 = 8π 球の体積 これが Gauss の定理

演習問題 1 S:x 2 + y 2 + z 2 = 9, F = 6x e x + 6ye y z e z としたときに S F ds と div Fd を計算しなさい まず S F ds Step 1 Sの表面の法線ベクトルの関数を求める n = g g g = 2xe x + 2ye y + 2ze z g = (2x) 2 +(2y) 2 +(2z) 2 = 2 x 2 + y 2 + z 2 = 6 n = 1 3 (xe x + ye y + ze z ) Step 2 面積分を x, y 平面に投影させる S 上 F ds = F n 1 n e z dxdy (1) F n を計算 n e z を求める F n = 2x 2 + 2y 2 1 3 z2 = 1 3 6x2 + 6y 2 9 x 2 y 2 = 1 3 ( 9 + 7 x2 + y 2 ) n e z = 1 3 z = 1 3 9 (x 2 + y 2 )

Step 2 (2) S F ds = F n 1 n e z dxdy を計算する (x = r cos θ, y = r sin θ として r 2 = x 2 + y 2 を考えて ) F n 1 n e z dxdy = 9 + 7(x 2 + y 2 )) 9 (x 2 + y 2 dxdy F n = 1 3 ( 9 + 7 x2 + y 2 ) n e z = 1 3 9 (x 2 + y 2 ) dxdy rdθdr = 7r 2 9 9 r 2 dθrdr = 2π dθ 7r 2 9 9 r 2 rdr ξ = 9 r 2, dξ = 2rdr と置くと S の境界は r = -> 3 = π 7 9 ξ 9 ξ dξ = π 54 2ξ 1 2 7 2 3 ξ3 2 9 = 198π 上半分なので 全部の S 表面では 396π Step 3 div F d を計算する F = 6x e x + 6ye y z e z div F = 6 + 6 1 = 11 div F d = 11 4π 3 33 = 396π 球の

演習問題 2 やってみましょう S: x 2 + y 2 + z 2 = 1, F = ye x xe y + ze z としたときに S F ds と div Fd を計算 Step1: S の表面の法線ベクトルの関数を求める n = g g Step2: F n を計算する n e z を求める S 上 F ds = F n 1 n e z dxdy のため Step 3: S F ds = F n 1 n e z dxdy を計算する 途中 x = r cos θ, y = r sin θ として r 2 = x 2 + y 2 ξ = 1 r 2, dξ = 2rdr Step4: div F d を計算する

Step1: S の表面の法線ベクトルの関数を求める S: x 2 + y 2 + z 2 = 1, n = (xe x + ye y + ze z )

Step2: F n を計算する n e z を求める F n = xy xy + z 2 = (1 x 2 y 2 ) = (1 x 2 + y 2 ), n e z = z = 1 (x 2 + y 2 )

Step3: S F ds = F n 1 n e z dxdy を計算する 1 x 2 +y 2 dxdy = 1 r 2 dθrdr 1 (x 2 +y 2 ) 1 r 2 2π 1 r 2 = dθ 1 r rdr 2 = π ξξ dξ = π 2 1 3 ξ3/2 = 2 3 π ξ = 1 r 2, dξ = 2rdr

Step4: div F d を計算する div F = + + 1 = 1 div F d = 1 4π 3 = 4 3 π 4 3 π = S F ds = F n 1 n e z dxdy = 2 3 π 2

Gauss の発散定理の場合 S n FdS = Fd を S:x 2 + y 2 + z 2 = 4 で囲まれる内部とする F = ye x xe y + ze z とする Fd = F = e x e y e z x y z y x z = 2e z 2e z d = 2e z 4π 3 23 = 64π 3 e z S n FdS = S1 F nds S2 F nds

法線ベクトル n を S:x 2 + y 2 + z 2 = 4 で囲まれる内部 g x, y, z = x 2 + y 2 + z 2 g = 2xe x + 2ye y + 2ze z g = 2x 2 + 2y 2 + 2z 2 = 2 x 2 + y 2 + z 2 = 4 n = g g = 1 2 (xe x + ye y + ze z ) n e z = 1 2 xe x + ye y + ze z e z = z 2 F n = e x e y e z y x z x/2 y/2 z/2 = 1 2 zx yz e x + 1 2 zx yz e y + 1 2 (x2 + y 2 )e z S1 F nds = e x 2 S1 zx yz ds + e y 2 S1 zx yz ds + e z 2 S1 (x 2 + y 2 ds

e x 2 S zx yz ds = zx yz 1 n e z dxdy = 2 x + y dxdy = 2 2π (cos θ + sin θ)dθ 2 r 2 dr = e y 2 S zx yz ds = e z 2 S (x 2 + y 2 ds = x 2 + y 2 1 n e z dxdy = 2 x 2 + y 2 4 x 2 y 2 dxdy = 2 2π dθ 2 r 2 4 r 2 rdr ξ = 4 r 2, dξ = 2rdr 4p = 4 4 ξ ξ dξ = 4 4ξ 1/2 ξ 1/2 dξ = 4 2ξ 1/2 2 3 ξ3/2 4 = 16 3 = 64 3 π S1 F ds = 64 3 π e z 2 = 32π 3 e z S n FdS = Fd Gauss の発散定理