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工学 大学生・専門学校生・社会人

電磁気がわかりません。問1.2を教えてください

20:57 6月21日(月) ll LTE 54% ロ 2 問題3 電磁気学に関する次の文章(A.B)を読み,下の問い(問1~5)に答え よ。ただし,真空の誘電率をめ, 真空の透磁率をμoとする。文章 A と文章 B は,互い に独立した現象を扱っているものとする。 図 3-1 のように,真空中において原点 0を中心とした半径 aの球の内部に,電 荷密度pで一様に電荷が分布している。その周囲は誘電体で覆われ,原点0 からの距 離rがaSrSbの範囲における誘電率はa となっている。さらに外側にあたるr>b の範囲は真空である。 A 間1 原点0から距離rの位置における電界の大きさを,r>bの場合,a<r<b の場合,r<aの場合に分けて,ガウスの法則から求めよ。 問2 原点0から距離rの位置における電位を,r>bの場合,aSrSbの場合, r<aの場合に分けて求めよ。ただし,電位の基準点は無限遠とする。 図 3-2 のように,紙面内に正方形のコイル ABCD および無限に長い直線導線が ある。導線には定常電流 Iが矢印の向きに流れており,コイルの一辺の長さは hであ る。導線を固定した状態で,コイルの辺 AD を導線に対して常に平行に保ちながら, コイル全体を速さ vで導線から遠ざけた。ただし,コイルは変形しないものとし,遠 ざかる方向は紙面内で導線に対して垂直右向きであるとする。コイルの自己誘導は無 視できるものとする。 B アンペールの法則の内容を述べよ。さらに,この法則を用いて,紙面内で導 問3 線から距離xの点に生じる磁束密度の大きさを求めよ。 問4 コイルの辺 AD が導線から距離dにあるとき,辺 AD に発生する誘導起電力 の大きさと向きを求めよ。 問5 コイルの辺 ADが導線から距離dにあるとき,コイル全体に発生する誘導起 電力の大きさと向きを求めよ。 h A B b V I4 a 電荷密度 p D C コイル 誘電体 図 3-1 導線 図 3-2

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数学 大学生・専門学校生・社会人

残りの部分のうち〜のところで、「基本的な公式を変数変換して積分する」とはどういう意味でしょうか。 また、m>1の項は部分積分によって漸化式を作ってm=1に帰着するとはどういうことでしょうか。 教えてください。

楕円積分の前に, もっと簡単な積分をおさらいしておく、有理関数 多項式 多項式 arctan の組合せで書ける。詳しくは微積分の教科書)をご覧いただきたいが, お およそ次のような順番で証明する2)まず R(r) を部分分数分解する: R(z)の積分|R(z)dzは,有理関数,対数関数 log と逆正接関数 dim xteim 12 mj h mj Cim (2.2) R(z) = P(z)+2 2 + 2 と リーム+1 m=1((z-a,)+b})"* j=1m=1(c-a;)" ここで,P(x)は多項式,a, b, Cm, dpm, Ejm は実数,ム, le, m, は正の整数である.ゴ チャゴチャ面倒になったように見えるが,要は各パーツが簡単に積分できるよう に分解した,というのがアイディア. 多項式 P(z)は ST S(りひ 京をのきさ 2n+1 J* dz = (n:自然数) n+1 sbe という公式によって積分でき, 結果は多項式になる。 残りの部分のうちの m=1の項は, 基本的な公式3) ハ+ 食館 de : log (r-a), ミ C-a de S +1 arctan x, 2.c dc S? = log(z?+1) 2+1 を変数変換して積分する. m>1の項は, 部分積分によって漸化式を作ってm =1の場合に帰着する。

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