Matemática, perguntado por valmirtstmg, 6 meses atrás

Calcule o rotacional do campo vetorial F (x, y,z) = xy² z4 i + (2x²y + z) j + (y³ z²) k e assinale a alternativa correta.

Anexos:

Soluções para a tarefa

Respondido por PhillDays
15

⠀⠀☞ Tendo calculado as derivadas parciais pudemos encontrar o rotacional do campo vetorial que está de acordo com a opção e). ✅

  • ⠀⠀ O rotacional de um campo vetorial F é o campo vetorial resultante do produto do operador diferencial ∇ por F, ou seja, rot F = ∇ × F. Temos que:

\blue{\Large\text{$\sf~~$}\begin{cases}\text{$\sf~M = xy^2z^4$}\\\\ \text{$\sf~N = 2x^2y + z$}\\\\ \text{$\sf~P = y^3z^2$} \end{cases}}

⠀⠀Como já explícito no enunciado, basta então calcularmos as seis derivadas parciais à seguir:

\blue{\Large\text{$\sf~~$}\begin{cases}\text{$\sf~\dfrac{\partial~M}{\partial y}~\overrightarrow{\sf i}~~=~~\dfrac{\partial~(xy^2z^4)}{\partial y}~\overrightarrow{\sf i}~~=~~2xyz^4$}\\\\\text{$\sf~\dfrac{\partial~M}{\partial z}~\overrightarrow{\sf i}~~=~~\dfrac{\partial~(xy^2z^4)}{\partial z}~\overrightarrow{\sf i}~~=~~4xy^2z^3 $}\\\\\text{$\sf~\dfrac{\partial~N}{\partial x}~\overrightarrow{\sf j}~~=~~\dfrac{\partial~(2x^2y + z)}{\partial x}~\overrightarrow{\sf j}~~=~~4xy $}\\\\\text{$\sf~\dfrac{\partial~N}{\partial z}~\overrightarrow{\sf j}~~=~~\dfrac{\partial~(2x^2y + z)}{\partial z}~\overrightarrow{\sf j}~~=~~1 $}\\\\\text{$\sf~\dfrac{\partial~P}{\partial x}~\overrightarrow{\sf k}~~=~~\dfrac{\partial~(y^3z^2)}{\partial x}~\overrightarrow{\sf k}~~=~~0 $}\\\\\text{$\sf~\dfrac{\partial~P}{\partial z}~\overrightarrow{\sf k}~~=~~\dfrac{\partial~(y^3z^2)}{\partial y}~\overrightarrow{\sf k}~~=~~3y^2z^2 $}\end{cases}}

⠀⠀Com os valores das derivadas parciais podemos agora realizar as operações para encontrar o nosso rotacional:

\Large\blue{\text{$\sf \left(\dfrac{\partial P}{\partial y} - \dfrac{\partial N}{\partial z}\right) \overrightarrow{\sf i} + \left(\dfrac{\partial M}{\partial z} - \dfrac{\partial P}{\partial x}\right) \overrightarrow{\sf j} + \left(\dfrac{\partial N}{\partial x} - \dfrac{\partial M}{\partial y}\right) \overrightarrow{\sf k}$}}

\Large\blue{\text{$\sf (3y^2z^2 - 1) \overrightarrow{\sf i} + (4xy^2z^3 - 0) \overrightarrow{\sf j} + (4xy - 2xyz^4) \overrightarrow{\sf k}$}}

⠀⠀O que nos leva à opção E). ✌  

\Large\green{\boxed{\rm~~~\red{E)}~\gray{rot~F}~\pink{=}~\blue{ (3y^2z^2... }~~~}}

\bf\large\red{\underline{\quad\quad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad}}

⠀⠀☀️ Leia mais sobre rotacional e divergente de campos vetoriais:

✈ https://brainly.com.br/tarefa/6628979

\bf\large\red{\underline{\quad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\quad}}

\bf\large\red{\underline{\quad\quad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad}}

⠀⠀⠀⠀☕ \Large\blue{\text{\bf Bons~estudos.}}

(\orange{D\acute{u}vidas\ nos\ coment\acute{a}rios}) ☄

\bf\large\red{\underline{\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \quad }}\LaTeX

❄☃ \sf(\purple{+}~\red{cores}~\blue{com}~\pink{o}~\orange{App}~\green{Brainly}) ☘☀

\gray{"Absque~sudore~et~labore~nullum~opus~perfectum~est."}

Anexos:

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Respondido por solkarped
3

✅ Após resolver os cálculos, concluímos que o rotacional do referido campo vetorial é:

      \large\displaystyle\text{$\begin{gathered}\boxed{\boxed{\:\:\:\textrm{rot}\:\vec{F} = (3y^{2}z^{2} - 1)\vec{i} + (4xy^{2}z^{3})\vec{j} + (4xy - 2xyz^{4})\vec{k}\:\:\:}}\end{gathered}$}

Portanto, a opção correta é:

                    \Large\displaystyle\text{$\begin{gathered}\boxed{\boxed{\:\:\:\bf Alternativa\:E\:\:\:}}\end{gathered}$}

Seja:

 \Large\displaystyle\text{$\begin{gathered} F(x, y, z) = (xy^{2}z^{4}) i + (2x^{2}y + z)\vec{j} + (y^{3}z^{2})k\end{gathered}$}

Organizando o campo vetorial, temos:

 \Large\displaystyle\text{$\begin{gathered} \vec{F}(x, y, z) = (xy^{2}z^{4}) i + (2x^{2}y + z)\vec{j} + (y^{3}z^{2})k\end{gathered}$}

Sendo F um campo vetorial em R³, podemos dizer que o rotacional de F - denotado por "rot F" - é o produto vetorial entre o operador diferencial e F, isto é:

    \Large\displaystyle\text{$\begin{gathered} \textrm{rot}\:\vec{F} = \nabla\wedge\vec{F}\end{gathered}$}

                 \Large\displaystyle\text{$\begin{gathered} = \bigg(\frac{\partial}{\partial x},\,\frac{\partial}{\partial y},\,\frac{\partial}{\partial z}\bigg) \wedge(X_{F}\vec{i},\,Y_{F}\vec{j},\,Z_{F}\vec{k})\end{gathered}$}

                 \Large\displaystyle\text{$\begin{gathered} = \begin{vmatrix} \vec{i} & \vec{j} & \vec{k}\\\frac{\partial}{\partial x} & \frac{\partial}{\partial y} & \frac{\partial}{\partial z}\\X_{F} & Y_{F} & Z_{F}\end{vmatrix}\end{gathered}$}

                 \Large\displaystyle\text{$\begin{gathered} = \begin{vmatrix}\frac{\partial}{\partial y} & \frac{\partial}{\partial z} \\Y_{F} & Z_{F}\end{vmatrix}\vec{i} - \begin{vmatrix}\frac{\partial}{\partial x} & \frac{\partial}{\partial z} \\X_{F} & Z_{F}\end{vmatrix}\vec{j} + \begin{vmatrix} \frac{\partial}{\partial x} & \frac{\partial}{\partial y}\\X_{F} & Y_{F}\end{vmatrix}\vec{k}\end{gathered}$}

                \large\displaystyle\text{$\begin{gathered} = \left(\frac{\partial Z_{F}}{\partial y} - \frac{\partial Y_{F}}{\partial z}\right)\vec{i} - \left(\frac{\partial Z_{F}}{\partial x} - \frac{\partial X_{F}}{\partial z}\right)\vec{j} + \left(\frac{\partial Y_{F}}{\partial x} - \frac{\partial X_{F}}{\partial y}\right)\vec{k}\end{gathered}$}

                   \Large\displaystyle\text{$\begin{gathered} = (3y^{2}z^{2} - 1)\vec{i} - (0 - 4xy^{2}z^{3})\vec{j} + (4xy - 2xyz^{4})\vec{k}\end{gathered}$}

                   \Large\displaystyle\text{$\begin{gathered} = (3y^{2}z^{2} - 1)\vec{i} + (4xy^{2}z^{3})\vec{j} + (4xy - 2xyz^{4})\vec{k}\end{gathered}$}      

✅ Portanto, a resposta é:

     \Large\displaystyle\text{$\begin{gathered} \textrm{rot}\:\vec{F} = (3y^{2}z^{2} - 1)\vec{i} + (4xy^{2}z^{3})\vec{j} + (4xy - 2xyz^{4})\vec{k}\end{gathered}$}

Saiba mais:

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