Determine whether there is a function φ ( x , y , z ) \varphi(x, y, z) φ ( x , y , z ) such that F = grad ( φ ( x ) ) F = \text{grad}\big(\varphi(x)\big) F = grad ( φ ( x ) ) , where
1) F = ( x z − y ) i + ( x 2 + z 3 ) j + ( 3 x z 2 − x y ) k F = (xz - y)i + (x^2 + z^3)j + (3xz^2 - xy)k F = ( x z − y ) i + ( x 2 + z 3 ) j + ( 3 x z 2 − x y ) k
**Solution:** Set initial point ( 0 , 0 , 0 ) (0,0,0) ( 0 , 0 , 0 ) .
So
φ ( x , y , z ) = ∫ 0 x P ( t , 0 , 0 ) d t + ∫ 0 y Q ( x , t , 0 ) d t + ∫ 0 z R ( x , y , t ) d t , \varphi(x, y, z) = \int_{0}^{x} P(t, 0, 0) dt + \int_{0}^{y} Q(x, t, 0) dt + \int_{0}^{z} R(x, y, t) dt, φ ( x , y , z ) = ∫ 0 x P ( t , 0 , 0 ) d t + ∫ 0 y Q ( x , t , 0 ) d t + ∫ 0 z R ( x , y , t ) d t ,
where P ( x , y , z ) = ( x z − y ) , Q ( x , y , z ) = ( x 2 + z 3 ) , R ( x , y , z ) = ( 3 x z 2 − x y ) P(x,y,z) = (xz - y), Q(x,y,z) = (x^2 + z^3), R(x,y,z) = (3xz^2 - xy) P ( x , y , z ) = ( x z − y ) , Q ( x , y , z ) = ( x 2 + z 3 ) , R ( x , y , z ) = ( 3 x z 2 − x y ) .
φ ( x , y , z ) = ∫ 0 x ( 0 − 0 ) d t + ∫ 0 y ( x 2 ) d t + ∫ 0 z ( 3 x t 2 − x y ) d t = x 2 t ∣ y 0 ∣ + ( x t 3 − x y t ) ∣ z 0 ∣ = x 2 y + x z 3 − x y z . \begin{aligned}
\varphi(x, y, z) &= \int_{0}^{x} (0 - 0) dt \\
&+ \int_{0}^{y} (x^2) dt \\
&+ \int_{0}^{z} (3xt^2 - xy) dt = x^2 t \left| \begin{array}{c} y \\ 0 \end{array} \right| + (xt^3 - xyt) \left| \begin{array}{c} z \\ 0 \end{array} \right| = x^2 y + xz^3 - xyz.
\end{aligned} φ ( x , y , z ) = ∫ 0 x ( 0 − 0 ) d t + ∫ 0 y ( x 2 ) d t + ∫ 0 z ( 3 x t 2 − x y ) d t = x 2 t ∣ ∣ y 0 ∣ ∣ + ( x t 3 − x y t ) ∣ ∣ z 0 ∣ ∣ = x 2 y + x z 3 − x yz .
**Answer:** φ ( x , y , z ) = x 2 y + x z 3 − x y z \varphi(x, y, z) = x^2 y + xz^3 - xyz φ ( x , y , z ) = x 2 y + x z 3 − x yz
2) F = 2 x e − y i + ( cos z − x 2 e − y ) j − y sin z k F = 2xe^{-y}i + (\cos z - x^2 e^{-y})j - y\sin zk F = 2 x e − y i + ( cos z − x 2 e − y ) j − y sin z k
**Solution:** Set initial point ( 0 , 0 , 0 ) (0,0,0) ( 0 , 0 , 0 ) .
So
φ ( x , y , z ) = ∫ 0 x P ( t , 0 , 0 ) d t + ∫ 0 y Q ( x , t , 0 ) d t + ∫ 0 z R ( x , y , t ) d t , \varphi(x, y, z) = \int_{0}^{x} P(t, 0, 0) dt + \int_{0}^{y} Q(x, t, 0) dt + \int_{0}^{z} R(x, y, t) dt, φ ( x , y , z ) = ∫ 0 x P ( t , 0 , 0 ) d t + ∫ 0 y Q ( x , t , 0 ) d t + ∫ 0 z R ( x , y , t ) d t ,
where P ( x , y , z ) = 2 x e − y , Q ( x , y , z ) = ( cos z − x 2 e − y ) j , R ( x , y , z ) = y sin z P(x,y,z) = 2xe^{-y}, Q(x,y,z) = (\cos z - x^2 e^{-y})j, R(x,y,z) = y\sin z P ( x , y , z ) = 2 x e − y , Q ( x , y , z ) = ( cos z − x 2 e − y ) j , R ( x , y , z ) = y sin z .
φ ( x , y , z ) = ∫ 0 x 2 t d t + ∫ 0 y ( 1 − x 2 e − t ) d t + ∫ 0 z y s i n t d t = t 2 ∣ 0 x + ( t − x 2 ) ∣ 0 y = x 2 e − y + 2 y − y cos z . \begin{array}{l}
\varphi(x, y, z) \\
= \int_{0}^{x} 2 \, t \, dt \\
+ \int_{0}^{y} (1 - x^{2} e^{-t}) \, dt \\
+ \int_{0}^{z} y \, s \, i n t \, dt \\
= t^{2} \left|_{0}^{x} + (t - x^{2}) \right|_{0}^{y} \\
= x^{2} e^{-y} + 2y - y \cos z.
\end{array} φ ( x , y , z ) = ∫ 0 x 2 t d t + ∫ 0 y ( 1 − x 2 e − t ) d t + ∫ 0 z y s in t d t = t 2 ∣ ∣ 0 x + ( t − x 2 ) ∣ ∣ 0 y = x 2 e − y + 2 y − y cos z .
Answer: φ ( x , y , z ) = x 2 e − y + 2 y − y cos z \varphi(x, y, z) = x^{2} e^{-y} + 2y - y \cos z φ ( x , y , z ) = x 2 e − y + 2 y − y cos z
Comments
You're welcome. We are glad to be helpful. If you really liked our service please press like-button beside answer field. Thank you!
Thank you very much. This is a great answer and I understand how to do this type of thing now.