6.1 Skalární a vektorové pole

Teorii naleznete v kapitole 8.1 Multimediální encyklopedie nebo v kapitole 6.1 Breviáře

Příklad 1

Vypočtěte derivaci vektorového pole "6_1_1.gif" podle t.

Řešení

Derivace vektorového pole a(t) je definována analogicky jako derivace funkce  f: RR: "6_1_2.gif".  Zadané vektorové pole lze zapsat také jako "6_1_3.gif", definujeme tedy funkci

"6_1_4.gif"

a podle definice vypočteme

"6_1_5.gif"

"6_1_6.gif"

Derivaci můžeme vypočítat také přímo vestavěným příkazem pro derivaci

"6_1_7.gif"

"6_1_8.gif"

a podobně např. také hodnotu derivace v bodě t=4

"6_1_9.gif"

"6_1_10.gif"

Příklad 2

Bod se pohybuje tak, že v čase t je jeho polohový vektor r(t)=(cos t,sin t, t). Určete vektor okamžité rychlosti, vektor okamžitého zrychlení, velikost rychlosti a velikost zrychlení v čase t.

Řešení

Vektor okamžité rychlosti je derivací polohového vektoru podle času: "6_1_11.gif". Vektor okamžitého zrychlení je derivací vektoru okamžité rychlosti (neboli druhou derivací polohového vektoru) podle času: "6_1_12.gif". Velikost rychlosti a zrychlení je velikost vektoru okamžité rychlosti a okamžitého zrychlení.

"6_1_13.gif"

První derivace polohového vektoru podle času (čili vektor rychlosti) je

"6_1_14.gif"

"6_1_15.gif"

Druhá derivace polohového vektoru podle času (čili vektor zrychlení) je

"6_1_16.gif"

"6_1_17.gif"

Velikosti jsou

"6_1_18.gif"

"6_1_19.gif"

a

"6_1_20.gif"

"6_1_21.gif"

Příklad 3

Po jaké křivce se pohybuje bod, jehož polohový vektor v čase t je r(t)=π(cos t,sin t, t)?

Řešení

Vektor r(t)=π(cos t,sin t, t) můžeme uvažovat jako součet dvou vektorů "6_1_22.gif". Vektor "6_1_23.gif" odpovídá pohybu bodu po kružnici o poloměru π v rovině xy; vektor "6_1_24.gif" odpovídá pohybu bodu po ose z stálou rychlostí π. Složením těchto dvou pohybů vznikne šroubovice.

"6_1_25.gif"

"6_1_26.gif"

Doplňující otázka: v čem se liší šroubovice z příkladu 2 od šroubovice z tohoto příkladu?

"6_1_27.gif"

"6_1_28.gif"

Příklad 4

Znázorněte vektorové pole a(x,y)=(x cos y,y sin x) na množině <-5,5>×<-5,5>.

Řešení

Využijeme vestavěnou funkci VectorPlot:

"6_1_29.gif"

"6_1_30.gif"

Spikey Created with Wolfram Mathematica 7.0