Enunciado

Determine se o campo vetorial é conservativo ou não. Se for conservativo, determine uma função f tal que F → = ∇ f .

F → x , y , z = x y z 4   i ^ + x 2 z 4   j ^ + 4 x 2 y z 3   k ^

Passo 1

E aii, turma, tudo certo?

Essa questão nos deu um campo vetorial:

F → x , y , z = x y z 4   i ^ + x 2 z 4   j ^ + 4 x 2 y z 3   k ^

E pediu pra gente descobrir se ele é ou não um campo conservativo!

Se for, pediu também pra acharmos uma função potencial f , ou seja:

F → = ∇ f

Bom, um campo F → = P   i ^ + Q   j ^ + R   k → é conservativo se o rotacional

rot ⁡ F → = ∂ R ∂ y - ∂ Q ∂ z i ^ + ∂ P ∂ z - ∂ R ∂ x j ^ + ∂ Q ∂ x - ∂ P ∂ y k ^

for igual a zero.

Então vamos começar calculando essas derivadas parciais e confirmando se o rotacional é ou não zero.

No caso do nosso campo:

P =   x y z 4

Q = x 2 z 4

R = 4 x 2 y z 3

Se o rotacional não for zero, o campo não é conservativo, e a questão termina!

Agora, se rot ⁡ F → = 0 → , o campo é conservativo, e aí vamos precisar encontrar f . Pra isso, vamos usar de que:

P = f x

Q = f y

R = f z

Integrando as equações dos dois lados, temos:

f = ∫ P d x = ∫ Q d y = ∫ R d z

E encontramos f .

Passo 2

Pra calcular o rotacional, vamos começar com a primeira coordenada:

∂ R ∂ y - ∂ Q ∂ z

Quando fazemos a derivada em função de uma variável, as outras são constantes, então:

∂ R ∂ y = ∂ 4 x 2 y z 3 ∂ y = 4 x 2 z 3

∂ Q ∂ z = ∂ x 2 z 4 ∂ z = 4 x 2 z 3

E:

∂ R ∂ y - ∂ Q ∂ z = 0

Passo 3

Agora pra segunda coordenada:

∂ P ∂ z - ∂ R ∂ x

Calculando as derivadas:

∂ P ∂ z = ∂ P x y z 4 ∂ z = 4 x y z 3

∂ R ∂ x = ∂ 4 x 2 y z 3 ∂ x = 8 x y z 3

E a coordenada j ^ do rotacional é:

∂ P ∂ z - ∂ R ∂ x = 4 x y z 3 - 8 x y z 3 = - 4 x y z 3

Aqui já acaba nossa questão!

Pra termos rot ⁡ F → = 0 → , precisamos que todas as coordenadas de F → sejam 0 , como

∂ P ∂ z - ∂ R ∂ x ≠ 0

Podemos afirmar que:

rot ⁡ F → ≠ 0

Então F → não é conservativo!

Resposta

O campo é não conservativo.

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Mostre que qualquer campo vetorial da forma F → x , y , z = f xi ^ + g yj ^ + h zk ^ Onde f , g e h são diferenciáveis, é irrotacional.
a. Fluxo exterior e área Mostre que o fluxo exterior do campo vetorial de posição F = x i + y j através de qualquer curva fechada à qual o teorema de Green se aplica é duas vezes a área da região deli
Quais dos campos nos Exercícios 29-32 são conservativos e quais não são?31. F = x e y i + y e z j + z e x k
Integre F = 3 x 2 y i + x 3 + 1 j + 9 z 2 k ao redor da circunferência cortada da esfera x 2 + y 2 + z 2 = 9 pelo plano x = 2 .
Escoamento ao longo de caminhos diferentes - Encontre o escoamento do campo F = ∇ ( x 2 z e y ) .a. uma vez ao redor da elipse C na qual o plano x + y + z = 1 encontra o cilindro x 2 + z 2 = 25 , no s