ベクトル場 $\mathbf{A} = (y+z, -x-z, z)$ が与えられているとき、平面 $z = 0$ 上における $\mathbf{A}$ の様子を図示する問題です。

応用数学ベクトル場ベクトル解析図示平面
2025/6/6

1. 問題の内容

ベクトル場 A=(y+z,xz,z)\mathbf{A} = (y+z, -x-z, z) が与えられているとき、平面 z=0z = 0 上における A\mathbf{A} の様子を図示する問題です。

2. 解き方の手順

まず、平面 z=0z=0 上でのベクトル場 A\mathbf{A} を求めます。z=0z=0A\mathbf{A} に代入すると、
\mathbf{A}(x,y,0) = (y, -x, 0)
となります。
次に、いくつかの点 (x,y)(x,y) におけるベクトル A(x,y,0)\mathbf{A}(x,y,0) を計算し、図示します。
例えば、
* (1,0)(1,0) では A(1,0,0)=(0,1,0)\mathbf{A}(1,0,0) = (0, -1, 0)
* (0,1)(0,1) では A(0,1,0)=(1,0,0)\mathbf{A}(0,1,0) = (1, 0, 0)
* (1,0)(-1,0) では A(1,0,0)=(0,1,0)\mathbf{A}(-1,0,0) = (0, 1, 0)
* (0,1)(0,-1) では A(0,1,0)=(1,0,0)\mathbf{A}(0,-1,0) = (-1, 0, 0)
* (1,1)(1,1) では A(1,1,0)=(1,1,0)\mathbf{A}(1,1,0) = (1, -1, 0)
* (1,1)(-1,-1) では A(1,1,0)=(1,1,0)\mathbf{A}(-1,-1,0) = (-1, 1, 0)
これらのベクトルをxy平面上に矢印でプロットすることで、ベクトル場の様子を視覚的に表現できます。
これらの点を繋いで図示すると、原点(0,0)を中心とした時計回りの渦を描くベクトル場になります。

3. 最終的な答え

平面 z=0z=0 上のベクトル場 A\mathbf{A}A(x,y,0)=(y,x,0)\mathbf{A}(x,y,0) = (y, -x, 0) であり、xy平面上で時計回りの渦を形成します。この渦を図示することで、問題の答えとなります。

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