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Esercizi da fare

Campi vettoriali e teorema di Green

Tracce da svolgere in autonomia. La soluzione finale compare con il pulsante sotto ogni traccia; ogni esercizio ha anche una pagina propria, da condividere con il link.

1. Campo conservativo e potenziale

Stabilire se il campo

è conservativo su e, in caso affermativo, determinarne i potenziali.

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Le derivate incrociate valgono entrambe e è semplicemente connesso, quindi il campo è conservativo. I potenziali sono

2. Verifica della condizione necessaria

Stabilire se il campo

è conservativo su .

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Il campo non è conservativo: la derivata di rispetto a vale , la derivata di rispetto a vale , e le due funzioni non coincidono su , quindi la condizione necessaria di irrotazionalità non è soddisfatta.

3. Potenziale con esponenziale

Stabilire se il campo

è conservativo su e, in caso affermativo, determinarne i potenziali.

Mostra soluzione

Le derivate incrociate valgono entrambe e il dominio è semplicemente connesso, quindi il campo è conservativo. I potenziali sono

4. Lavoro con il potenziale

Calcolare il lavoro del campo

lungo la curva , .

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Il campo è conservativo su con potenziale . La curva va da a , quindi il lavoro vale

5. Lavoro con il calcolo diretto

Calcolare il lavoro del campo

lungo il segmento da a .

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Il campo non è conservativo e il calcolo è diretto: con la parametrizzazione , , l’integrando vale e il lavoro è

6. Circuitazione con il teorema di Green

Calcolare la circuitazione del campo

lungo la circonferenza percorsa in verso antiorario.

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Per il teorema di Green la circuitazione è l’integrale doppio di sul cerchio unitario. L’integrale di sul cerchio è nullo per simmetria e l’integrale di è l’area, quindi la circuitazione vale

7. Campo di rotazione sul semipiano

Calcolare il lavoro del campo

lungo una qualunque curva regolare a tratti contenuta nel semipiano , da a .

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Sul semipiano , che è semplicemente connesso, il campo irrotazionale è conservativo con potenziale . Il lavoro vale

8. Green su una circonferenza di raggio 3

Calcolare la circuitazione del campo

lungo la circonferenza percorsa in verso antiorario.

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Per il teorema di Green l’integrando dell’integrale doppio è , quindi la circuitazione è il doppio dell’area del cerchio di raggio :

9. Green sul bordo di un triangolo

Calcolare la circuitazione del campo

lungo il bordo del triangolo di vertici , , , percorso in verso antiorario.

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Per il teorema di Green la circuitazione è l’integrale doppio di sul triangolo, descritto da e :

10. Area di un'ellisse con Green

Calcolare con la formula di Green l’area della regione racchiusa dall’ellisse

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Con la formula l’integrando vale in ogni punto, quindi l’area è

11. Area di un quadrilatero con Green

Calcolare con la formula di Green l’area del quadrilatero di vertici , , , , elencati in verso antiorario.

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Sul segmento dal vertice al vertice l’integrale di vale ; sommando sui quattro lati l’area è

12. Campo conservativo nello spazio

Stabilire se il campo

è conservativo su e, in caso affermativo, determinarne i potenziali.

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Il rotore è nullo e è semplicemente connesso, quindi il campo è conservativo. I potenziali sono

13. Lavoro nello spazio con il potenziale

Calcolare il lavoro del campo

lungo la curva , .

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Il campo è conservativo su con potenziale . La curva va da a , quindi il lavoro vale

14. Campo radiale sul piano privato dell'origine

Stabilire se il campo

è conservativo su e, in caso affermativo, determinarne un potenziale.

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Il campo è conservativo su tutto , anche se non è semplicemente connesso: la funzione

è definita su e il suo gradiente è in ogni punto.

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