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高考申論題 106年 [核子工程] 微積分與微分方程

第 一 題

📖 題組:
三、令向量函數 \vec{F}(x, y, z) = (xyz^2)\vec{i} + (3yzx^2)\vec{j} + (5xzy^2)\vec{k}。(每小題 10 分,共 20 分) (一)試求 \vec{F} 的散度(Divergence):\nabla \cdot \vec{F}(x, y, z)。 (二)試求 \vec{F} 的旋度(Curl):\nabla \times \vec{F}(x, y, z)。
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

試求 $\vec{F}$的散度(Divergence):\nabla \cdot $\vec{F}(x, y, z)$。

思路引導 VIP

看到求向量函數的散度(Divergence),應立即聯想到運算符號 $\nabla \cdot \vec{F}$,即求向量場各分量對對應座標變數的偏導數之和。計算時,將各分量分別對 $x, y, z$ 進行偏微分(留意將其餘變數視為常數),最後相加即可得到純量結果。

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【解題思路】利用散度(Divergence)定義 $\nabla \cdot \vec{F} = \frac{\partial P}{\partial x} + \frac{\partial Q}{\partial y} + \frac{\partial R}{\partial z}$ 進行多變數函數的偏微分計算。 【詳解】 已知:向量函數 $\vec{F}(x, y, z) = (xyz^2)\vec{i} + (3yzx^2)\vec{j} + (5xzy^2)\vec{k}$。

小題 (二)

試求 $\vec{F}$的旋度(Curl):\nabla $\times \vec{F}(x, y, z)$。

思路引導 VIP

計算向量場的旋度(Curl)核心在於利用行列式定義 $\nabla \times \vec{F}$。解題時需依序找出向量的三個分量,並對其進行交叉的偏微分運算,計算過程中務必留意求導變數,將其他變數視為常數處理。

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【解題思路】利用外積的行列式定義計算向量場的旋度(Curl),即 $\nabla \times \vec{F}$,並分別對各分量求偏微分。 【詳解】 已知:向量函數 $\vec{F}(x, y, z) = P\vec{i} + Q\vec{j} + R\vec{k}$

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