Ans:-
F ( x , y , z ) = ( 12 x 2 y 2 + 2 z 2 + 1 , 8 x 3 y − 3 z , 4 x z − 3 y − 3 ) F(x,y,z)=(12x ^2 y^ 2+2z^ 2+1,8x^ 3 y−3z,4xz−3y−3) F ( x , y , z ) = ( 12 x 2 y 2 + 2 z 2 + 1 , 8 x 3 y − 3 z , 4 x z − 3 y − 3 )
or F → = \overrightarrow F= F = ( 12 x 2 y 2 + 2 z 2 + 1 ) i ^ + ( 8 x 3 y − 3 z ) j ^ + ( 4 x z − 3 y − 3 ) k ^ (12x ^2 y^ 2+2z^ 2+1)\hat i+(8x^ 3 y−3z)\hat j+(4xz−3y−3)\hat k ( 12 x 2 y 2 + 2 z 2 + 1 ) i ^ + ( 8 x 3 y − 3 z ) j ^ + ( 4 x z − 3 y − 3 ) k ^
( i ) (i) ( i ) Jacobian Matrix J ( F ( x , y , z ) = [ d f x d x d f x d y d f x d z d f y d x d f y d y d f y d z d f z d x d f z d y d f z d z ] J(F(x,y,z)=\begin{bmatrix}
\dfrac{df_x}{dx} & \dfrac{df_x}{dy}& \dfrac{df_x}{dz} \\\\
\dfrac{df_y}{dx}& \dfrac{df_y}{dy}& \dfrac{df_y}{dz}\\\\
\dfrac{df_z}{dx} & \dfrac{df_z}{dy}& \dfrac{df_z}{dz}
\end{bmatrix} J ( F ( x , y , z ) = ⎣ ⎡ d x d f x d x d f y d x d f z d y d f x d y d f y d y d f z d z d f x d z d f y d z d f z ⎦ ⎤
=[ 24 x y 2 24 x 2 y 4 z 24 x y 2 8 x 3 − 3 4 z − 3 0 ] \begin{bmatrix}
24xy^2& 24x^2y& 4z \\\\
24xy^2 & 8x^3& -3\\\\
4z& -3&0
\end{bmatrix} ⎣ ⎡ 24 x y 2 24 x y 2 4 z 24 x 2 y 8 x 3 − 3 4 z − 3 0 ⎦ ⎤
( i i ) (ii) ( ii ) d i v F ( x , y , z ) divF(x,y,z) d i v F ( x , y , z )
= ( d d x i ^ + d d y j ^ + d d z k ^ ) . ( ( 12 x 2 y 2 + 2 z 2 + 1 ) i ^ + ( 8 x 3 y − 3 z ) j ^ + ( 4 x z − 3 y − 3 ) k ^ ) = (\dfrac{d}{dx}\hat{i}+\dfrac{d}{dy}\hat{j}+\dfrac{d}{dz}\hat{k}).((12x^2y^2+2z^2+1)\hat{i}+(8x^3y-3z)\hat{j}+(4xz-3y-3)\hat{k}) = ( d x d i ^ + d y d j ^ + d z d k ^ ) . (( 12 x 2 y 2 + 2 z 2 + 1 ) i ^ + ( 8 x 3 y − 3 z ) j ^ + ( 4 x z − 3 y − 3 ) k ^ )
= 24 x y 2 + 8 x 3 + 4 x =24xy^2+8x^3+4x = 24 x y 2 + 8 x 3 + 4 x
( i i i ) (iii) ( iii ) c u r l F ( x , y , z ) = [ i ^ j ^ k ^ d d x d d y d d z 12 x 2 y 2 + 2 z 2 + 1 8 x 3 y − 3 z 4 x z − 3 y − 3 ] curl F(x,y,z)=\begin{bmatrix}
\hat{i} & \hat{j} &\hat{k}\\\\
\dfrac{d}{dx} &\dfrac{d}{dy}&\dfrac{d}{dz} \\\\
12x^2y^2+2z^2+1& 8x^3y-3z& 4xz-3y-3
\end{bmatrix} c u r lF ( x , y , z ) = ⎣ ⎡ i ^ d x d 12 x 2 y 2 + 2 z 2 + 1 j ^ d y d 8 x 3 y − 3 z k ^ d z d 4 x z − 3 y − 3 ⎦ ⎤
= i ^ ( − 3 − ( − 3 ) ) − j ^ ( 4 z − 4 z ) + k ^ ( 24 x 2 y − 24 x 2 y ) = 0 =\hat i(−3−(−3))− \hat j(4z−4z)+\hat k(24x^ 2y−24x^ 2y)\\
=0 = i ^ ( − 3 − ( − 3 )) − j ^ ( 4 z − 4 z ) + k ^ ( 24 x 2 y − 24 x 2 y ) = 0
( i v ) (iv) ( i v )
F is a potential function because, Whenever There exist a field, There exist a potential associated with it. We can calculate the potential function F by the integrating the given vector field.
( v ) (v) ( v ) As we know -
Potential function is given by-
F v = − ∫ F . d r F _v =−∫F.dr F v = − ∫ F . d r
= ∫ ( ( 12 x 2 y 2 + 2 z 2 + 1 ) i ^ + ( 8 x 3 y − 3 z ) j ^ + ( 4 x z − 3 y − 3 ) k ^ ) ( d x i ^ + d y j ^ + d z z ^ ) =\int ((12x^2y^2+2z^2+1)\hat{i}+(8x^3y-3z)\hat{j}+(4xz-3y-3)\hat{k})(dx\hat{i}+dy\hat{j}+dz\hat{z}) = ∫ (( 12 x 2 y 2 + 2 z 2 + 1 ) i ^ + ( 8 x 3 y − 3 z ) j ^ + ( 4 x z − 3 y − 3 ) k ^ ) ( d x i ^ + d y j ^ + d z z ^ )
= ( 4 x 3 y + 2 z 2 x + x + 4 x 3 y 2 − 3 y z + 2 x 2 z − 3 x y − 3 x ) =(4x ^3y+2z^ 2x+x+4x^ 3y^ 2 −3yz+2x^ 2z−3xy−3x) = ( 4 x 3 y + 2 z 2 x + x + 4 x 3 y 2 − 3 yz + 2 x 2 z − 3 x y − 3 x )
= 8 x 3 y 2 + 2 x 2 z + 2 x z 2 − 3 x y − 3 y z − 2 x =8x ^3y^ 2+2x^ 2z+2xz^ 2−3xy−3yz−2x = 8 x 3 y 2 + 2 x 2 z + 2 x z 2 − 3 x y − 3 yz − 2 x
Comments