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CURSO DE CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III (Cálculo Vectorial)

Autor: Eleonora Catsigeras

IMERL. Facultad de Ingeniería. Universidad de la República.

Montevideo, Uruguay, Marzo de 2001.

Derechos reservados

Producido con financiación parcial de la Comisión Sectorial de Enseñanza de la Universidad de la República, y del IMERL.

NOTA IMPORTANTE:

Por actualizaciones del Real Player, desde el año 2005 no es posible ver los videos grabados en el año 2001 en su formato original (archivos .rm). (Para poder verlos pueden seguirse las instrucciones de instalación previa del software antiguo de Real Player.) Durante el año 2013, por gentileza del estudiante Yuri Damián Vallejo, se están reconvirtiendo estos videos y publicando en el siguiente Canal “Pizarrones Eleonora” de www.youtube.com. ¡Muchas gracias a Damián!. http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

SOBRE EL CURSO.

Objetivos

Prerrequisitos

Dedicación horaria y actividades requeridas

Información General

 

SOBRE EL SOFTWARE Y LOS ARCHIVOS DE VIDEO, AUDIO y

FOTOS PIZARRONES.

Instalación previa del software necesario

Cómo acceder a los archivos y ejecutarlos

INDICE Y ENLACES A LOS VIDEOS

Indice/Enlaces FOTOS DE PIZARRONES

Otras









Objetivos del curso: Exponer los temas correspondientes a un tercer curso universitario de grado en Cálculo Diferencial e Integral, Cálculo Vectorial y algunos conceptos de Geometría Diferencial, en forma acorde a los conocimientos y formación en Matemática que actualmente tiene en Uruguay el promedio de los estudiantes del segundo año de las carreras universitarias de grado en Ingeniería.

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Prerrequisitos del curso: Cursos de bachillerato preuniversitario en Matemática preparatoria para carreras científicas. En particular, Análisis Real, Geometría Métrica en el plano y en el espacio, y Geometría Analítica. Cursos de grado universitario para las carreras en Ingeniería en los siguientes temas: Cálculo Diferencial e Integral en una y varias variables reales, Geometría y Álgebra Lineal.

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Dedicación horaria y actividades requeridas: Este curso consta de 35 clases de duración promedio 45 minutos cada una, para ser estudiado a razón de tres clases por semana durante 12 semanas. El tiempo que ocupará a un estudiante promedio (que cumpla con los prerrequisitos del curso) ver y estudiar las clases grabadas en este disco, leer la bibliografía recomendada, hacer los ejercicios correspondientes y consultar con su profesor, será de 10 horas semanales. Todas esas actividades serán necesarias para un correcto aprendizaje.

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INFORMACIÓN GENERAL: Este curso consta de tres materiales para cada clase: el primero es una página WEB con enlaces para ver los diferentes pizarrones y para imprimir cada uno. El segundo material es un video para ver y escuchar la clase en tiempo real. Se recomienda mirar y escuchar el video teniendo también abierta la página WEB de la clase, para consultar los diferentes pizarrones. El tercero es una lista de ejercicios para que resuelva el estudiante, para lo cual se recomienda ver el video, leer la bibliografía recomendada y consultar las dudas a su profesor. Es imprescindible la asistencia de un profesor para realizar este curso. Las consultas con el profesor, para los estudiantes de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República, se reciben y responden por internet en el el Newsgroup de Cálculo 3, con autenticación del estudiante. En este sitio encontrará solamente los archivos de video de clases. Más información sobre el curso en http://imerl.fing.edu.uy/calcu3, La lista de ejercicios y los archivos de fotos de los pizarrones se encuentra en http://www.fing.edu.uy/~eleonora/dvi/ClasesGrabadasCalculo3/indice.html



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INSTALACIÓN PREVIA DEL SOFTWARE NECESARIO: Para poder ver y escuchar el video de cada clase necesitas tener instalado en tu máquina el software de Real Player 8, que es gratuito, y se encuentra (al año 2001) disponible en la página de Real Player http://www.real.com/realplayer.html. Después de bajar el Real Player 8, gratuito, que se encuentra al final de esa página web, al intentar abrir un video por primera vez, debería aparecer el aviso de que se necesita software complemetario de Real Player, que se baja automáticamente cliqueando en ese aviso, siempre que tengas conexión abierta en ese momento con la página web mencionada.

A partir del año 2005, el software de Real Player que se baja del sitio mencionado, no es más compatible con los archivos de video de estas clases grabadas. Para hacerlo compatible, seguir las siguientes instrucciones.

En el año 2013, el estudiante Yuri Damián Vallejo está reconvirtiendo los viejos archivos de video y audio, y publicándolos en www.youtube.com en el siguiente canal “Pizarrones Eleonora”: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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CÓMO ACCEDER A LOS ARCHIVOS Y EJECUTARLOS: El índice de los archivos que hay que abrir para acceder a los videos de cada clase, y un resumen del contenido temático de cada una de ellas se encuentra en el Índice de Videos. Los videos de las clases fueron grabados en tiempo real con imagen y sonido, sin edición posterior, dividiendo cada clase en dos, tres o cuatro partes de aproximadamente 15 minutos cada una.

Los archivos de los videos se encuentran zippeados en este sitio. Antes de abrirlos, hay que bajarlos a su computadora local, deszippearlos, y ubicarlos todos en una misma carpeta (al mismo nivel entre sí), sin modificar el nombre a ninguno. Cada video se ejecuta con sonido e imagen sincronizada abriendo únicamente el archivo clase4parte1_local.smi

A partir del año 2005 los archivos originales de videos grabados en 2001 no pueden verse con Real Player, debido a una actualización del software de ese proveedor. (Para poder verse pueden seguirse las instrucciones de instalación previa del software antiguo de Real Player.)

En el año 2013 el estudiante Yuri Damián Vallejo está reconvertiendo los archivos de video y audio antiguos, y publicándolos en Youtube, en los enlaces que figuran en este documento, junto al índice de temas de cada clase. Ver Indice de Videos.

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OTRAS:: Para cada parte del video de cada clase (son dos o tres partes), hay tres archivos: (.mbc, .rm y .smi) grabados originalmente en 2001. El primero contiene la imagen del video a tiempo real de grabación, el segundo el sonido, y el tercero, que es el que hay que abrir con el Real Player junta imagen y sonido, sincronizadamente. No sabemos cómo editar ninguno de esos tres archivos, y el fabricante del software utilizado para crear los videos (mimio.com), ante nuestra consulta, responde que ya no se puede.

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ÍNDICE y ENLACES A LOS VIDEOS

NOTA IMPORTANTE:

Los archivos de los videos originales (año 2001) se encuentran zippeados (excepto la clase 15 parte2). Bajarlos a la computadora local, deszippear y salvar todos los archivos de cada clase en una misma carpeta (todos al mismo nivel) sin cambiar los nombres. Abrir (con el Real Player 8 y eventualmente el software adicional adaptativo) solo los archivos de terminación .smi (Por ejemplo Clase4Parte1_local.smi). Ver detalle de instalación previa de software. para los archivos .smi. Para la clase 15 parte 2 se hizo un video de prueba que se abre con Real Player, o con Windows Media Player. No está zippeado.

A partir del año 2005 los archivos originales de videos grabados en 2001 no pueden verse con Real Player, debido a una actualización del software de ese proveedor. (Para poder verse pueden seguirse las instrucciones de instalación previa del software antiguo de Real Player.)

En el año 2013 el estudiante Yuri Damián Vallejo está reconvertiendo los archivos de video y audio antiguos, y publicándolos en Youtube, en los enlaces que figuran en este documento, junto al índice de temas de cada clase. (¡Muchas gracias a Damián!)

Las fotos fijas de los pizarrones (sin audio) se encuentran en el enlace siguiente: http://www.fing.edu.uy/~eleonora/Calcu3/indice.html


PARTE I (Clases 1 a 17)

Capítulo 1 CURVAS PARAMÉTRICAS.
Capítulo 2 INTEGRALES CURVILÍNEAS, UNO-FORMAS, CAMPOS y OPERADORES DIFERENCIALES.
Capítulo 3 TEOREMAS RELATIVOS A UNO-FORMAS EXACTAS Y CAMPOS DE GRADIENTES.
Capítulo 4 TEOREMAS DE GAUSS Y DE STOKES EN EL PLANO.
Capítulo 5 SUPERFICIES EN EL ESPACIO REAL TRIDIMENSIONAL.


PARTE II (Clases 18 a 35)

Capítulo 6 INTEGRALES SOBRE SUPERFICIES Y DOS-FORMAS DIFERENCIALES.
Capítulo 7 PRODUCTO EXTERIOR Y DERIVADA EXTERIOR DE FORMAS DIFERENCIALES.
Capítulo 8 DOS-FORMAS CERRADAS Y EXACTAS Y POTENCIAL VECTORIAL.
Capítulo 9 TEOREMAS DE GAUSS Y DE STOKES EN EL ESPACIO.
Capítulo 10 ECUACIÓN DE LAPLACE, ECUACIONES DE MAXWELL Y ECUACIÓN DE ONDAS.








CAPÍTULO 1. CURVAS PARAMÉTRICAS.


Clase 1.Definición de curvas paramétricas, ejemplos, circunferencia, elipse, hélice, cicloide. Ejercicios: del 1 al 3. VIDEOS archivos originales 2001: clase01parte1.zip, clase01parte2.zip, clase01parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 2.Vector velocidad y versor tangente. Longitud y abscisa curvilínea. Ejercicios: del 4 al 7. VIDEOS archivos originales 2001: clase02parte1.zip, clase02parte2.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 3.Curvatura de curvas planas, versor normal. Astroide. Ejercicios: del 8 al 9. VIDEOS archivos originales 2001: clase03parte1.zip, clase03parte2.zipVIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 4.Curvas planas cerradas simples, sentido antihorario, teorema de Jordan, curva C^1 a trozos. Cambio de parámetros, cálculo de áreas encerradas, área encerrada por una elipse. Áreas de sectores en coordenadas polares. Ejercicios: del 10 al 11. VIDEOS archivos originales 2001: clase04parte1.zip, clase04parte2.zip, clase04parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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CAPÍTULO 2. INTEGRALES CURVILÍNEAS, UNO-FORMAS, CAMPOS y OPERADORES DIFERENCIALES.

Clase 5. Definición de uno-forma diferencial o forma diferencial lineal. Definición de integral curvilínea. Independencia de la parametrización. Ejemplos de cálculo. Aditividad de la integral en suma de curvas. Cambio de signo de la integral al cambiar la orientación de la curva. Ejercicios: del 12 al 16. VIDEOS archivos originales 2001: clase05parte1.zip, clase05parte2.zip, clase05parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 6. Definición de campo vectorial. Ejemplo de campo plano. Campo asociado a una uno-forma. Circulación de un campo a lo largo de una curva orientada. Flujo de un campo plano a través de una curva plana orientada. Ejercicios: del 17 al 18. VIDEOS archivos originales 2001: clase06parte1.zip, clase06parte2.zip, clase06parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 7. Uno-formas exactas y cerradas. Definiciones, teorema y ejemplo. Potenciales escalares. Ejemplo de una uno-forma cerrada que no es exacta. Campos de gradientes e irrotacionales. Ejercicio 19. VIDEOS archivos originales 2001: clase07parte1.zip, clase07parte2.zip, clase07parte3.zipVIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 8. Operadores diferenciales. Gradiente de una función escalar. Demostración de que es intrínseco. Rotor y divergencia de un campo.Laplaciano de una función escalar. Ejercicios: del 30 al 33. VIDEOS archivos originales 2001: clase08parte1.zip, clase08parte2.zip, clase08parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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CAPÍTULO 3. TEOREMAS RELATIVOS A UNO-FORMAS EXACTAS Y CAMPOS DE GRADIENTES.


Clase 9. Integrales curvilíneas de uno-formas exactas o campos de gradientes. Teorema de la diferencia de potencial. Conjuntos conexos, componentes conexas. Cálculo de un potencial escalar. Teorema de caracterización de uno-formas exactas o campos de gradientes. Ejercicios: del 20 al 21. VIDEOS: clase09parte1.zip, clase09parte2.zip, clase09parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 10. Conjuntos simplemente conexos, deformación continua de curvas, homotopías, curvas homotópicas. Ejercicios: del 22 al 23. VIDEOS archivos originales 2001: clase10parte1.zip, clase10parte2.zip, clase10parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 11. Teorema fundamental de las uno-formas exactas o campos de gradientes. Enunciado y demostración. Ejercicios: del 22 al 25. VIDEOS archivos originales 2001: clase11parte1.zip, clase11parte2.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

Clase 12. Campos irrotacionales y uno-formas cerradas en el plano sin un punto Po: integrales de curvas cerradas que no redean a Po, período alrededor de Po, condición para que la uno-forma sea exacta o el campo sea de gradientes. Ejercicios: del 26 al 29. VIDEOS archivos originales 2001: clase12parte1.zip, clase12parte2.zip, clase12parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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CAPÍTULO 4. TEOREMAS DE GAUSS Y DE STOKES EN EL PLANO.


Clase 13. Enunciados y ejemplos de los teoremas de Gauss o de la diveregencia, y de Stokes o del rotor, en el plano. Demostración de la fórmula del área encerrada por una curva plana cerrada simple. Ejercicios: del 34 al 38. VIDEOS archivos originales 2001: clase13parte1.zip, clase13parte2.zip, clase13parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 14. Demostración del Teorema de Gauss en el plano. Corolarios de Gauss y Stokes: el rotor y la divergencia son intrínsecos. Ejercicios: del 39 al 40. VIDEOS archivos originales 2001: clase14parte1.zip, clase14parte2.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 15. Teoremas o fórmulas de Green en el plano: enunciados y demostraciones. Aplicación: unicidad de la solución a la ecuación de Laplace en el plano, con dato de contorno. Ejercicios: del 41 al 43. VIDEOS archivos originales 2001 y 2007: clase15parte1.zip, clase15parte2.zip, Clase15parte2.asf VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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CAPÍTULO 5. SUPERFICIES EN EL ESPACIO REAL TRIDIMENSIONAL.


Clase 16. Superficies en el espacio R^3. Definición de parametrización y de superficie parametrizada con o sin borde. Ejemplos. Definición global de superficie sin borde. Parametrizaciones de la esfera y del toro. Superficies compactas conexas (cerradas simples): exterior e interior. Ejercicio 46. VIDEOS archivos originales 2001: clase16parte1.zip,clase16parte2.zip, clase16parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 17. Plano tangente a una superficie. Versores normales. Orientación de superficies. Ejemplo: la normal saliente a la esfera. Primera forma fundamental de superficies. Ejercicios del 44 al 49. VIDEOS archivos originales 2001: clase17parte1.zip, clase17parte2.zip, clase17parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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CAPÍTULO 6. INTEGRALES SOBRE SUPERFICIES Y DOS-FORMAS DIFERENCIALES.


Clase 18. Área de una superficie parametrizada. Integral de una función escalar sobre una superficie. Áreas de la esfera y del toro. Ejercicios: del 50 al 52. VIDEOS archivos originales 2001: clase18parte1.zip, clase18parte2.zip, clase18parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 19. Flujo de un campo en el espacio a través de una superficie orientada. Dos-formas diferenciales. Integrales de dos-formas sobre superficies. Cálculo de volúmenes encerrados. Ejercicios: del 53 al 55. VIDEOS archivos originales 2001: clase19parte1.zip, clase19parte2.zip, clase19parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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CAPÍTULO 7. PRODUCTO EXTERIOR Y DERIVADA EXTERIOR DE FORMAS DIFERENCIALES.


Clase 20. Producto exterior de uno-formas. Definición y propiedades. Ejercicios: del 56 al 59. VIDEOS archivos originales 2001: clase20parte1.zip, clase20parte2.zip, clase20parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 21. Tres-formas diferenciales. Ejercicios: del 60 al 63. VIDEOS archivos originales 2001: clase21parte1.zip, clase21parte2.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 22. Derivada exterior de formas diferenciales. Derivada exterior segunda es siempre nula. Ejercicios: del 64 al 65. VIDEOS archivos originales 2001: clase22parte1.zip, clase22parte2.zip, clase22parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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CAPÍTULO 8. DOS-FORMAS CERRADAS Y EXACTAS Y POTENCIAL VECTORIAL.


Clase 23. Derivada exterior de uno-forma sobre una superficie parametrizada. Dos-formas cerradas y exactas. Campos solenoidales y de rotores. Ejercicio: número 66. VIDEOS archivos originales 2001: clase23parte1.zip, clase23parte2.zip, clase23parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 24. Teorema de existencia de potencial vector. Construcción de potencial vector. Ejemplo. Ejercicio: número 67. VIDEOS archivos originales 2001: clase24parte1.zip, clase24parte2.zip, clase24parte3.zipVIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 25. Diferencia de potenciales vectoriales. Ejemplo. Ejercicio: número 67. VIDEOS archivos originales 2001: clase25parte1.zip, clase25parte2.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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CAPÍTULO 9. TEOREMAS DE GAUSS Y DE STOKES EN EL ESPACIO.


Clase 26. Integral sobre una superficie en sentido global. Volúmenes encerrados por superficies compactas conexas en el espacio tridimensional. Ejercicios: del 68 al 70. VIDEOS archivos originales 2001: clase26parte1.zip, clase26parte2.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 27. Teorema de Gauss o de la divergencia en el espacio. Enunciado y ejemplos. Ejercicios: del 71 al 75. VIDEOS archivos originales 2001: clase27parte1.zip, clase27parte2.zip, clase27parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 28. Teorema de Gauss o de la divergencia en el espacio. Demostración y corolarios. Ejercicios: del 77 al 81. VIDEOS archivos originales 2001: clase28parte1.zip, clase28parte2.zip, clase28parte3.zip

Clase 29. Teoremas o fórmulas de Green en el espacio. Enunciados, demopstraciones y aplicaciones a la ecuación de Laplace. Ejercicio: número 76. VIDEOS archivos originales 2001: clase29parte1.zip, clase29parte2.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 30. Teorema de Stokes o del rotor en el espacio. Enunciado y ejemplos. Ejercicios: del 82 al 85. VIDEOS archivos originales 2001: clase30parte1.zip, clase30parte2.zip, clase30parte3.zip

Clase 31. Teorema de Stokes o del rotor en el espacio. Demostración y corolarios. Ejercicios: del 86 al 89. VIDEOS archivos originales 2001: clase31parte1.zip, clase31parte2.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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CAPÍTULO 10. ECUACIÓN DE LAPLACE, ECUACIONES DE MAXWELL Y ECUACIÓN DE ONDAS.


Clase 32. Teorema del valor medio para la ecuación de Laplace. Ecuación de Laplace en coordenadas polares del plano. Ejercicio 90. VIDEOS archivos originales 2001: clase32parte1.zip, clase32parte2.zip, clase32parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 33. Ecuación de Laplace en un círculo plano. Soluciones trigonométricas, superposición finita y fórmula de Poisson. Ejercicio 91. VIDEOS archivos originales 2001: clase33parte1.zip, clase33parte2.zip, clase33parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 34. Ecuaciones de Maxwell en el vacío. Consecuencias de los teoremas de Gauss y Stokes en el espacio para los campos eléctrico y magnético. Ecuación de Laplace para el potencial eléctrico. Ejercicio 92. VIDEOS archivos originales 2001: clase34parte1.zip, clase34parte2.zip, clase34parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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Clase 35. Ecuación de ondas para los campos eléctrico y magnético. Soluciones por propagación de la ecuación de ondas en el espacio. Ejercicio 92. VIDEOS archivos originales 2001: clase35parte1.zip, clase35parte2.zip, clase35parte3.zip VIDEOS archivos recovertidos 2013: http://www.youtube.com/channel/UClq2Q0_CNzM8y7kKU7wPMbg

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