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\begin{tabular}{l} Dado el campo vectorial \\ \( \vec{F}=(2 y-z) \boldsymbol{i}+(3 x+1) \boldsymbol{j}+(x y) \boldsymbol{k} \) \\ ¿cuál es el rotacional \( \nabla \times F \) ? \\ \hline\( O(x) \mathbf{i}-(y+1) \mathbf{j}+(1) \mathbf{k} \) \\ \( O(2 y) \mathbf{i}-(3) \mathbf{j}+(1) \mathbf{k} \) \\ \( O(x) \mathbf{i}-(y-1) \mathbf{j}+(1) \mathbf{k} \)\end{tabular}

Ask by Davison Weston. in Mexico
Mar 10,2025

Upstudy AI Solution

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Answer

El rotacional de \(\vec{F}\) es \( O(x) \mathbf{i} - (y+1) \mathbf{j} + 1 \mathbf{k} \).

Solution

Sea el campo vectorial \[ \vec{F} = (2y - z)\mathbf{i} + (3x + 1)\mathbf{j} + (xy)\mathbf{k}. \] La fórmula del rotacional es \[ \nabla \times \vec{F} = \left(\frac{\partial F_z}{\partial y} - \frac{\partial F_y}{\partial z}\right)\mathbf{i} - \left(\frac{\partial F_z}{\partial x} - \frac{\partial F_x}{\partial z}\right)\mathbf{j} + \left(\frac{\partial F_y}{\partial x} - \frac{\partial F_x}{\partial y}\right)\mathbf{k}. \] Calculamos cada uno de los términos: 1. Componente en \(\mathbf{i}\): \[ \frac{\partial F_z}{\partial y} = \frac{\partial (xy)}{\partial y} = x, \] \[ \frac{\partial F_y}{\partial z} = \frac{\partial (3x+1)}{\partial z} = 0. \] Así, la componente \(\mathbf{i}\) es \[ x - 0 = x. \] 2. Componente en \(\mathbf{j}\): \[ \frac{\partial F_z}{\partial x} = \frac{\partial (xy)}{\partial x} = y, \] \[ \frac{\partial F_x}{\partial z} = \frac{\partial (2y - z)}{\partial z} = -1. \] Por lo tanto, la componente \(\mathbf{j}\) es \[ -\left( y - (-1) \right) = -(y+1). \] 3. Componente en \(\mathbf{k}\): \[ \frac{\partial F_y}{\partial x} = \frac{\partial (3x+1)}{\partial x} = 3, \] \[ \frac{\partial F_x}{\partial y} = \frac{\partial (2y - z)}{\partial y} = 2. \] Entonces, la componente \(\mathbf{k}\) es \[ 3 - 2 = 1. \] Uniendo las componentes, se tiene que \[ \nabla \times \vec{F} = x\, \mathbf{i} - (y+1)\, \mathbf{j} + 1\, \mathbf{k}. \] Por lo tanto, la respuesta correcta es \[ O(x)\, \mathbf{i} - (y+1)\, \mathbf{j} + (1)\, \mathbf{k}. \]

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Beyond the Answer

Para calcular el rotacional del campo vectorial \( \vec{F} = (2y - z) \mathbf{i} + (3x + 1) \mathbf{j} + (xy) \mathbf{k} \), utilizamos la fórmula del rotacional en coordenadas cartesianas: \[ \nabla \times \vec{F} = \left| \begin{array}{ccc} \mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\ \frac{\partial}{\partial x} & \frac{\partial}{\partial y} & \frac{\partial}{\partial z} \\ 2y - z & 3x + 1 & xy \end{array} \right| \] Calculando este determinante, encontramos cada componente del rotacional: 1. **Componente \( i \)**: \[ \frac{\partial}{\partial y}(xy) - \frac{\partial}{\partial z}(3x + 1) = x - 0 = x \] 2. **Componente \( j \)**: \[ \frac{\partial}{\partial z}(2y - z) - \frac{\partial}{\partial x}(xy) = -1 - y = -(y + 1) \] 3. **Componente \( k \)**: \[ \frac{\partial}{\partial x}(3x + 1) - \frac{\partial}{\partial y}(2y - z) = 3 - 2 = 1 \] Por lo tanto, el rotacional es: \[ \nabla \times \vec{F} = x \mathbf{i} - (y + 1) \mathbf{j} + 1 \mathbf{k} \] **Respuesta:** \( \nabla \times \vec{F} = x \mathbf{i} - (y + 1) \mathbf{j} + \mathbf{k} \) ¿Sabías que el rotacional también puede describir la tendencia de un campo vectorial a girar sobre sí mismo? En el contexto de la física, se utiliza comúnmente en fluidos para entender patrones de vorticidad, que son esenciales para estudiar cómo se comporta un fluido en movimiento. Si te interesa profundizar sobre estos conceptos, te recomendaría buscar libros sobre "Cálculo Vectorial", donde se explican no solo el rotacional, sino también otras herramientas como el divergente y el teorema de Stokes, que ofrecen una comprensión más profunda de cómo interactúan los campos vectoriales en el espacio.

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