Matematika · Glosarium

Apa itu Bentuk eksak dan bentuk tertutup?

Dikenal juga sebagai: bentuk eksak · potensial · bentuk tertutup

Definisi 20.5 Matematika Universitas — Tahun 2 · Bab 20 — Integral Garis dan Integral Lipat

Bentuk ω=P ⁣dx+Q ⁣dy\omega = P\,\dd x + Q\,\dd y berkelas C0\mathcal{C}^0 disebut eksak pada UU bila ada fC1(U)f \in \mathcal{C}^1(U) (yakni sebuah potensial) dengan ω= ⁣df\omega = \dd f, yakni P=fxP = f_x dan Q=fyQ = f_y. Sedangkan bentuk C1\mathcal{C}^1 disebut tertutup bila Py=QxP_y = Q_x pada UU.

Contoh

Contoh 20.7 (Membangun ulang sebuah potensial)

Misalkan ω=yexy ⁣dx+(xexy+2y) ⁣dy\omega = y\,\eu^{xy}\,\dd x + (x\,\eu^{xy} + 2y)\,\dd y pada R2\R^2. Ia tertutup: sebab kedua turunan silangnya sama dengan exy(1+xy)\eu^{xy}(1 + xy). Untuk mencari potensialnya, integralkan PP dalam xx dengan yy yang tetap:

f(x,y)=yexy ⁣dx=exy+c(y),f(x, y) = \int y\,\eu^{xy}\,\dd x = \eu^{xy} + c(y),

lalu sesuaikan cc dengan mencocokkan fyf_y: sebab xexy+c(y)=xexy+2yx\,\eu^{xy} + c'(y) = x\,\eu^{xy} + 2y memberi c(y)=y2c(y) = y^2. Jadi f(x,y)=exy+y2f(x,y) = \eu^{xy} + y^2, dan untuk sembarang busur C1\mathcal C^1 sepotong-sepotong dari (0,0)(0,0) ke (1,1)(1,1),

γω=f(1,1)f(0,0)=(e+1)1=e,\int_\gamma\omega = f(1,1) - f(0,0) = (\eu + 1) - 1 = \eu ,

yang tak bergantung pada lintasannya — jadi resep dua langkahnya (yakni integralkan dalam xx, lalu koreksi dalam yy) merupakan konvers praktis Teorema 20.6 pada daerah tempat bentuk tertutupnya bersifat eksak.

Contoh 20.8 (Tertutup tak mengakibatkan eksak)

Pada U=R2{0}U = \R^2 \setminus \{0\}, bentuk sudutnya

ω=y ⁣dx+x ⁣dyx2+y2\omega = \frac{-y\,\dd x + x\,\dd y}{x^2 + y^2}

bersifat tertutup (lewat perhitungan langsung: sebab PyP_y maupun QxQ_x sama dengan y2x2(x2+y2)2\frac{y^2 - x^2}{(x^2+y^2)^2}), tetapi integralnya sepanjang lingkaran satuannya adalah 2π02\pi \neq 0 (yakni perhitungan yang sama seperti pada Contoh 20.3, dibagi 11): jadi ω\omega tak eksak pada UU. Secara lokal, ω= ⁣dθ\omega = \dd\theta untuk sebuah penentuan θ\theta bagi sudut kutubnya; jadi kegagalannya bersifat global — sebab sudutnya tak dapat didefinisikan secara kontinu mengelilingi tusukannya. Adapun pada daerah tanpa lubang patologinya lenyap: sebab pada himpunan terbuka yang berbentuk bintang, setiap bentuk C1\mathcal{C}^1 yang tertutup bersifat eksak (yakni lema Poincaré, Latihan 20.8).

Baca dalam konteks →