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Differential Equations The Gamma Function and Bessel Functions, guaranteed and verified 100% Pass

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10
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28-12-2024
Escrito en
2024/2025

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Stokes’ Theorem, the Divergence Theorem, and the Fundamental Theorem of
Calculus



The Fundamental Theorem of Calculus is:
𝑏
∫𝑎 𝑓 ′ (𝑡 )𝑑𝑡 = 𝑓(𝑏) − 𝑓(𝑎).

Let 𝜔 be a differentiable 0-form, i.e., a differentiable function 𝜔 = 𝑓 (𝑡 ), then

𝑑𝜔 = 𝑓 ′ (𝑡 )𝑑𝑡.

Let 𝐼 = [𝑎, 𝑏 ] be the interval 𝑎 ≤ 𝑡 ≤ 𝑏. Then we define the boundary of 𝐼,

𝜕𝐼 = {𝑏 } − {𝑎} (this is a formal difference of points, we don’t subtract them as real
number).

If we then define the zero dimensional integral of a function, 𝑓, over a point a point
𝑝 to be 𝑓(𝑝) the Fundamental Theorem of Calculus becomes:
𝑏
∫𝑎 𝑓 ′ (𝑡)𝑑𝑡 = ∫𝐼 𝑑𝜔 = ∫𝜕𝐼 𝜔 = 𝑓 (𝑏) − 𝑓(𝑎).




Stokes’ Theorem

Stokes’ Theorem: Let 𝑆 be an oriented surface in ℝ3 with a boundary consisting of
a simple closed curve, 𝜕𝑆, oriented as the boundary of 𝑆. Suppose that 𝜔 is a

1-form on some open set 𝐾 ⊆ ℝ3 that contains 𝑆 then:

∫𝝏𝑺 𝝎 = ∬𝑺 𝒅 𝝎.

, 2



Proof. Stokes’ theorem said ∬𝑆 (∇ × 𝐹⃗ ) ∙ 𝑑𝑆⃗ = ∫𝜕𝑆 𝐹⃗ ∙ 𝑑𝑠⃗.

⃗⃗ .
We can write 𝐹⃗ as: 𝐹⃗ (𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝐹1 (𝑥, 𝑦, 𝑧)𝑖⃗ + 𝐹2 (𝑥, 𝑦, 𝑧)𝑗⃗ + 𝐹3 (𝑥, 𝑦, 𝑧)𝑘

Let’s let 𝜔 = 𝐹⃗ ∙ 𝑑𝑠⃗ = 𝐹1 𝑑𝑥 + 𝐹2 𝑑𝑦 + 𝐹3 𝑑𝑧 and show that 𝑑𝜔 = (∇ × ⃗𝐹⃗) ∙ 𝑑𝑆⃗ .


Then we have:

𝑑𝜔 = 𝑑 (𝐹1 𝑑𝑥 + 𝐹2 𝑑𝑦 + 𝐹3 𝑑𝑧)

= 𝑑𝐹1 ∧ 𝑑𝑥+ 𝑑𝐹2 ∧ 𝑑𝑦 + 𝑑𝐹3 ∧ 𝑑𝑧


𝜕𝐹1 𝜕𝐹1 𝜕𝐹1 𝜕𝐹2 𝜕𝐹2 𝜕𝐹2
=( 𝑑𝑥 + 𝑑𝑦 + 𝑑𝑧) ∧ 𝑑𝑥 + ( 𝑑𝑥 + 𝑑𝑦 + 𝑑𝑧) ∧ 𝑑𝑦
𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧
𝜕𝐹 𝜕𝐹3 𝜕𝐹3
+ ( 𝜕𝑥3 𝑑𝑥 + 𝑑𝑦 + 𝑑𝑧) ∧ 𝑑𝑧
𝜕𝑦 𝜕𝑧



𝜕𝐹1 𝜕𝐹1 𝜕𝐹2 𝜕𝐹2
= 𝑑𝑦 ∧ 𝑑𝑥 + 𝑑𝑧 ∧ 𝑑𝑥 + 𝑑𝑥 ∧ 𝑑𝑦 + 𝑑𝑧 ∧ 𝑑𝑦
𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑧
𝜕𝐹3 𝜕𝐹
+ 𝑑𝑥 ∧ 𝑑𝑧 + 𝜕𝑦3 𝑑𝑦 ∧ 𝑑𝑧
𝜕𝑥


𝜕𝐹2 𝜕𝐹1 𝜕𝐹3 𝜕𝐹2 𝜕𝐹1 𝜕𝐹3
𝑑𝜔 = ( − ) 𝑑𝑥𝑑𝑦 + ( − ) 𝑑𝑦𝑑𝑧 + ( − ) 𝑑𝑧𝑑𝑥.
𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕𝑧 𝜕𝑥



We need to show that (∇ × 𝐹⃗ ) ∙ 𝑑𝑆⃗= 𝑑𝜔.

𝑖⃗ 𝑗⃗ 𝑘⃗⃗
𝜕𝐹3 𝜕𝐹2 𝜕𝐹1 𝜕𝐹3 𝜕𝐹2 𝜕𝐹1
∇ × 𝐹⃗ = | 𝜕 𝜕 𝜕
|=( − ) 𝑖⃗ + ( − )𝑗⃗ + ( − )𝑘⃗⃗.
𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑥 𝜕𝑦
𝐹1 𝐹2 𝐹3

Escuela, estudio y materia

Institución
Math
Grado
Math

Información del documento

Subido en
28 de diciembre de 2024
Número de páginas
10
Escrito en
2024/2025
Tipo
NOTAS DE LECTURA
Profesor(es)
Auroux, denis
Contiene
Todas las clases

Temas

$11.89
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