¿cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? planta eléctrica ciudad planta eléctrica...

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¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica o típico que motiva la necesidad de integrales de c ntegrales de contorno o de camino

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Page 1: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico?

Planta eléctrica

ciudad

planta eléctrica

Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de contorno

Integrales de contorno o de camino

Page 2: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

Secciones cónicas

Círculo Elipse Parábola Hipérbola

Ecuación general de una sección cónica:Ax2 + Bxy + Cy2 + Dx + Ey + F = 0

Page 3: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

Longitud de una curva

• z’(t) = x’(t) + iy’(t) • Si x’(t) e y’(t) son continuas en el intervalo a <= t <= b entonces: C es un arco diferenciable y su longitud es:

b

a

dttzL |)('|

Si z’(t) no es 0 en ningún punto de a < t < b entonces podemos definir un vector tangente:

|)('|

)('

tz

tzT Y decimos que z(t) es un arco suave.

Contorno = arco suave a trozos

2ty

2txtz )(')(')('

y

x

C: z(t)

Page 4: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

Ejemplo: la longitud de camino es independiente de la parametrización

a

b

rx= r cos(t)

y= r sin(t)

0 t π/2

2|)(sin')(cos'|

2/

0

2/

0

2/

0

2/

0

rdtrdterdt

dt

derdttirtrL it

it

1|| ititit eeezzz

x= r cos(2)

y= r sin(2)

0 π

222|)2(sin')2(cos'|

00

2

0

2

0

r

dr

der

dd

derdirrL i

i

Dos parametrizaciones distintas

Page 5: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

2

2

and where,

11

aty(t) tx(t) iyxz

xaxy

1

1

21

1

1

1

1

1

)2(1|21||)(')('||)('| dtatdtatidttiytxdttzL

sin Substitute iw

atw 2 Substitute a

dwwa

L2

0

211

dwwI 21Let

didiI 22 cos)cos(sin1

a

-1x

y

2

2sin1cos2

2

2sin

2

iI

)(sin Substitute 1 iw

2

)(1)(2)(sin

2

21 iwiw

iwi

I

1

Page 6: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

2412ln4122

1

2

0

21ln12

1

2a

0

2w11

L

2

2

aaaaa

aw

wwwww

a

dwa

21ln)(1-sinh)(1-sin :identity following theUse

wwwiwi

dwwwwwwI 222 111ln2

1

2

)(1)(2)(sin

2

21 iwiw

iwi

I

Page 7: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

a

-1x

1222 )5.0(5.0

21 a

La

62.125.10.5)5.0(5.0

48152ln2

15

2

2

2

1

2

1.4121

,1When

22

2

a

.. L

a

a

0.5

axy 2'

Page 8: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

Circulation and Net Flux• Let T and N denote the unit tangent vector and the

unit normal vector to a positively oriented simple closed contour C. When we interpret the complex function f(z) as a vector, the line integrals

(6)

(7)

have special interpretations.

C C

dyvxdusdf T

C C

vdyxdusdf N

Page 9: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

• The line integral (6) is called the circulation around C and (7) is called the net flux across C. Note that

and socirculation = (8)

net flex = (9)

C C

CC

zdzfdyixdivu

sdfisdf

)())((

NT ..

C zdzf )(Re

C zdzf )(Im

Page 10: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

Given the flow f(z) = (1 + i)z, compute the circulation around and the net flux across the circle C: |z| = 1.

Solution

2 ,2ncirculatio

)1(2)1()1()(

20,)( and )1()( Since2

0

2

0

fluxnet

idtidtieeidzzf

tetzzizf

itit

C

it

Page 11: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

The complex function where k = a + ib and z1 are complex numbers, gives rise to a flow in the domain z z1. If C is a simple closed contour containing z = z1 in its interior, then we have

The circulation around C is 2b and the net flux across C is 2a. If z1 were in the exterior of C both of them would be zero.

)/()( 1zzkzf

)(2)(1

ibaizdzziba

zdzfC C

Page 12: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

Note that when k is real, the circulation around C is zero but the net flux across C is 2k. The complex number z1 is called a source when k > 0 and is a sink when k < 0.

Page 13: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

Evaluate

where C is the circle |z| = 1.

SolutionThis integrand is not analytic at z = 0, −4 but only z = 0 lies within C. Since

We get z0 = 0, n = 2, f(z) = (z + 1)/(z + 4), f (z) = −6/(z + 4)3. By (6):

33441

4

1

zzz

zz

z

zdzz

zC

34 4

1

ifi

zdzz

zC 32

3)0(

!22

4

134

Page 14: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

Evaluate zdizz

zC

2

3

)(

3

SolutionThough C is not simple, we can think of it is as the union of two simple closed contours C1 and C2 in Fig 18.27.

21

2

3

2

3

22

3

2

3

21

21

)(

3)(

3

)(

3

)(

3

)(

3

II

zdizz

zz

zdz

izz

z

zdizz

zzd

izz

zzd

izz

z

CC

CCC

Page 15: ¿Cuál es el camino más corto para un cable eléctrico? Planta eléctrica ciudad planta eléctrica Ejemplo típico que motiva la necesidad de integrales de

For I1 : z0 = 0 , f(z) = (z3 + 3)/(z – i)2 :

For I2 : z0 = i, n = 1, f(z) = (z3 + 3)/z, f ’(z) = (2z3 –3 )/z2:

We get

ifizdz

izz

z

IC

6)0(2)(

3

1

2

3

1

)32(2)23(2)(!1

2

)(

3

22

3

2 iiiifi

zdiz

zz

IC

)31(4)32(26)(

3212

3

iiiIIzdizz

zC