JavaScript is required

Trường vô hướng trên $V \subset \mathbb{R}^3$ là một hàm số F = F(x,y,z) trong đó $(x,y,z) \in V$.

Xét trường vô hướng

\[ F(x,y,z) = 2 \ln(x^2 + y^2 + 1) + z^2 - e^y, \quad (x,y,z) \in \mathbb{R}^3. \]

Một vật di chuyển trong $\mathbb{R}^3$ với phương trình quỹ đạo sau

\[ x = \cos(t), \quad y = \sin(t), \quad z = -2t, \quad t \in \mathbb{R}. \]

Khi đó tốc độ thay đổi trường vô hướng tác động trên vật là $\dfrac{dF}{dt}$. Tính tốc độ đó khi $t = 0$.

Trả lời:

Đáp án đúng:


Câu hỏi này yêu cầu tính tốc độ thay đổi của một trường vô hướng khi nó tác động lên một vật chuyển động theo một quỹ đạo cho trước. Để giải quyết bài toán này, chúng ta cần áp dụng quy tắc chuỗi cho đạo hàm của hàm nhiều biến. Trường vô hướng được cho là $F(x,y,z) = 2 \ln(x^2 + y^2 + 1) + z^2 - e^y$. Quỹ đạo của vật được mô tả bởi các phương trình tham số: $x = \cos(t)$, $y = \sin(t)$, $z = -2t$. Tốc độ thay đổi của trường vô hướng theo thời gian, $\dfrac{dF}{dt}$, được tính bằng quy tắc chuỗi: $\dfrac{dF}{dt} = \dfrac{\partial F}{\partial x} \dfrac{dx}{dt} + \dfrac{\partial F}{\partial y} \dfrac{dy}{dt} + \dfrac{\partial F}{\partial z} \dfrac{dz}{dt}$. Bây giờ, chúng ta cần tính các đạo hàm riêng của $F$ và các đạo hàm của $x, y, z$ theo $t$. 1. Đạo hàm riêng của $F$: $\dfrac{\partial F}{\partial x} = \dfrac{\partial}{\partial x} (2 \ln(x^2 + y^2 + 1) + z^2 - e^y) = 2 \cdot \dfrac{1}{x^2 + y^2 + 1} \cdot (2x) = \dfrac{4x}{x^2 + y^2 + 1}$ $\dfrac{\partial F}{\partial y} = \dfrac{\partial}{\partial y} (2 \ln(x^2 + y^2 + 1) + z^2 - e^y) = 2 \cdot \dfrac{1}{x^2 + y^2 + 1} \cdot (2y) - e^y = \dfrac{4y}{x^2 + y^2 + 1} - e^y$ $\dfrac{\partial F}{\partial z} = \dfrac{\partial}{\partial z} (2 \ln(x^2 + y^2 + 1) + z^2 - e^y) = 2z$ 2. Đạo hàm của các biến theo $t$: $\dfrac{dx}{dt} = \dfrac{d}{dt}(\cos(t)) = -\sin(t)$ $\dfrac{dy}{dt} = \dfrac{d}{dt}(\sin(t)) = \cos(t)$ $\dfrac{dz}{dt} = \dfrac{d}{dt}(-2t) = -2$ 3. Thay các đạo hàm vào công thức quy tắc chuỗi: $\dfrac{dF}{dt} = \left(\dfrac{4x}{x^2 + y^2 + 1}\right) \cdot (-\sin(t)) + \left(\dfrac{4y}{x^2 + y^2 + 1} - e^y\right) \cdot (\cos(t)) + (2z) \cdot (-2)$ $\dfrac{dF}{dt} = \dfrac{-4x\sin(t)}{x^2 + y^2 + 1} + \dfrac{4y\cos(t)}{x^2 + y^2 + 1} - e^y\cos(t) - 4z$ 4. Tính tốc độ thay đổi tại $t = 0$: Khi $t = 0$, ta có: $x = \cos(0) = 1$ $y = \sin(0) = 0$ $z = -2(0) = 0$ Thay các giá trị này và $t=0$ vào biểu thức $\dfrac{dF}{dt}$: $\dfrac{dF}{dt}|_{t=0} = \dfrac{-4(1)\sin(0)}{1^2 + 0^2 + 1} + \dfrac{4(0)\cos(0)}{1^2 + 0^2 + 1} - e^0\cos(0) - 4(0)$ $\dfrac{dF}{dt}|_{t=0} = \dfrac{-4(0)}{2} + \dfrac{0}{2} - (1)(1) - 0$ $\dfrac{dF}{dt}|_{t=0} = 0 + 0 - 1 - 0$ $\dfrac{dF}{dt}|_{t=0} = -1$. Vậy, tốc độ thay đổi trường vô hướng tác động trên vật khi $t = 0$ là -1.

Đề thi cuối kỳ môn Toán 3 (MATH132601) học kỳ 3 năm học 2024-2025 của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Đề gồm 7 câu hỏi về hàm vector, trường vô hướng, phương trình mặt phẳng tiếp xúc, cực trị tương đối, tích phân bội hai, và trường vector (công thực hiện, độ phân kì, vector xoáy).


7 câu hỏi 90 phút

Câu hỏi liên quan