Universidad Nacional Abierta y a Distancia Vicerrectoría Académica y de Investigación Curso: Cálculo multivariado Código: 203057 Guía de actividades y rúbrica de evaluación – Tarea 4 Integración en varias variables. 1. Descripción de la actividad Tipo de actividad: En grupo - Colaborativa Momento de la evaluación: Intermedia en la unidad 3 Puntaje máximo de la actividad: 100 puntos La actividad inicia el: jueves, La actividad finaliza el: lunes, 30 29 de octubre de 2020 de noviembre de 2020 Con esta actividad se espera conseguir los siguientes resultados de aprendizaje: El estudiante aplica la integración múltiple para la solución de problemas de orden práctico. La actividad consiste en: La Tarea 4 consta de los siguientes 6 pasos: Paso 1 - Elección de ejercicios en el foro. Paso 2 - Revisión de los contenidos de la Unidad 3. Paso 3 - Presentación de aportes en el foro colaborativo. Paso 4 – Realimentación de los aportes en el foro. Paso 5 – Compilación del trabajo final. Paso 6 – Entrega del trabajo en el entorno de Evaluación. Los pasos 1, 2, 3 se desarrollan de forma individual y los pasos 4 , 5 y 6 se desarrollan de manera colaborativa entre los 5 integrantes del grupo. 1 Paso 1 La Tarea 4 se divide en 5 grupos de ejercicios, acorde a los temas de la unidad 3, de la siguiente manera: - Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo de de de de de ejercicios ejercicios ejercicios ejercicios ejercicios 1 2 3 4 5 – – – – – Integrales dobles (a, b, c, d, e) Integrales triples (a, b, c, d, e) Teorema de Green (a, b, c, d, e) Teorema de Stokes (a, b, c, d, e) Teorema Gauss (a, b, c, d, e) Cada estudiante debe seleccionar un ejercicio de cada uno de los grupos anteriores, utilizando la siguiente tabla, la cual debe editar y adjuntar en el foro para la Tarea 4, colocando el nombre y el rol a desempeñar en dicho foro: Tabla de elección de ejercicios: Selección de ejercicios. Nombre del estudiante Juan Velandia (Ejemplo) Grupo de ejercicios 1– Derivadas parciales Grupo de ejercicios 2 – Derivadas direccionales Grupo de ejercicios 3 – Linealización y diferenciales Grupo de ejercicios 4 – Máximos y mínimos Grupo de ejercicios 5 – Multiplicadores de Lagrange a a a a a Paso 2. 2 El estudiante debe ingresar al Entorno de Apendizaje y revisar las referencias requeridas para la Unidad 3. Paso 3. El estudiante procede con el desarrollo de los ejercicios seleccionados y presenta los aportes en el Foro para la Tarea 4 teniendo en cuenta los siguientes parámetros: - Se definen como aportes en el foro a los documentos adjuntos en Word donde se presenten avances del desarrollo de los ejercicios seleccionados utilizando el editor de ecuaciones. - Solo se deben presentar los aportes de ejercicios seleccionados en la tabla de elección de ejercicios. - Se deben entregar los aportes durante el tiempo estipulado para esta actividad en el foro de la Tarea 4. - Cada aporte debe ser de autoría del estudiante. Paso 4 - El estudiante revisa los aportes publicados en el foro como mínimo a dos compañeros del grupo y procede a realimentar y presentar observaciones, correcciones o comentarios, estas realimentaciones se deben presentar en el mismo foro haciendo alusión al compañero realimentado. Paso 5 - En el transcurso de la última semana del trabajo colaborativo, los estudiantes del grupo compilan los ejercicios en un documento Word que debe contar con los siguientes elementos: • • • • • • Portada. Introducción. Tabla de elección de ejercicios. Desarrollo del Grupo de ejercicios 1 – Integrales dobles. Desarrollo del Grupo de ejercicios 2 – Integrales triples. Desarrollo del Grupo de ejercicios 3 – Teorema de Green. 3 • • • Desarrollo del Grupo de ejercicios 4 – Teorema de Stokes. Desarrollo del Grupo de ejercicios 5 – Teorema de divergencia. Referencias Bibliográficas en normas APA. Se debe presentar un solo trabajo por grupo, en el Entorno de Evaluación en formato pdf y el nombre del archivo debe ser 203057_(número del grupo)_Tarea 4, se aclara que, si algún estudiante no presenta aportes, los demás deben compilar el trabajo con los aportes de los que si hayan participado. La nota de cada estudiante depende de la realización de los ejercicios seleccionados y que este hecho no afecta la nota total, se puede confirmar lo anterior analizando la Rúbrica que se encuentra al final de este documento. Actividades para desarrollar A continuación, se definen los 5 grupos de ejercicios a desarrollar según las temáticas de la unidad: Grupo de ejercicios 1 – Integrales dobles. Consultar en el entorno de conocimiento el siguiente recurso: Zill, D. (2015). Matemáticas 3 Cálculo de varias variables. México: McGraw-Hill Interamericana. (pp. 202-241) http://www.ebooks7-24.com.bibliotecavirtual.unad.edu.co/?il=2270&pg=2 Una carga eléctrica está distribuida sobre la región 𝑅 de tal manera que su densidad de carga σ(𝑥, 𝑦) (medida en culombios por metro cuadrado) use integrales dobles para calcular la carga total (justifique cada paso de la solución): a. σ(𝑥, 𝑦) = 𝑦 − 𝑥, donde 𝑅 es la región acotada por 2𝑥 = 𝑦 ! y y= " ! +𝑥 − !, . b. σ(𝑥, 𝑦) = 2𝑦𝑥, donde 𝑅 es la región acotada por 𝑦 = 4 − 𝑥 ! y 𝑥 = 𝑦 + 4. c. σ(𝑥, 𝑦) = 2𝑦𝑥 ! , donde 𝑅 es la región acotada por y= 0 y 𝑦 = √4 − 𝑥 ! . d. σ(𝑥, 𝑦) = 𝑥𝑦, donde 𝑅 es el triángulo con vértices (0,0), (−1,2) y (0,4). 4 e. σ(𝑥, 𝑦) = 𝑦 + 𝑥, donde 𝑅 es la región acotada por 𝑦 = √𝑥 + 4 y 𝑥 = −𝑦 ! y el eje x. Grupo de ejercicios 2 – Integrales triples. Consultar en el entorno de conocimiento el siguiente recurso: Zill, D. (2015). Matemáticas 3 Cálculo de varias variables. México: McGraw-Hill Interamericana. (pp. 202-241) Recuperado de: http://www.ebooks7-24.com.bibliotecavirtual.unad.edu.co/?il=2270&pg=2 Use Geogebra para dibujar la región 𝑅 y use integrales triples para calcular su volumen, en cada uno de los casos (justifique cada paso de la solución): a. 𝑅 está fuera del cilindro 𝑥 ! + 𝑦 ! = 1 y dentro de la esfera 𝑥 ! + 𝑦 ! + 𝑧 ! = 4. b. 𝑅 está fuera del cono 𝑧 = 5𝑥 ! + 𝑦 ! y dentro de la esfera 𝑥 ! + 𝑦 ! + 𝑧 ! = 4. c. 𝑅 está encima del plano 𝑧 = 0 y encerada por los planos −√3𝑥 + 𝑧 = 0 , √3𝑥 + 𝑧 = 0 y la esfera 𝑥 ! + 𝑦 ! + 𝑧 ! = 9. d. 𝑅 está dentro de la superficie generada al rotar el círculo (𝑥 − 2)! + 𝑦 ! =1 alrededor del eje 𝑦. e. 𝑅 está encima de los planos 𝑧 = 0, 𝑧 = 2𝑦 y el cilindro 9𝑥 ! + 𝑦 ! = 4. Grupo de ejercicios 3 – Teorema de Green. Consultar en el entorno de conocimiento el siguiente recurso: Thomas, G. (2015). Cálculo. Varias variables. México: Educación. (pp. 968-979) Recuperado de Pearson http://www.ebooks7-24.com.bibliotecavirtual.unad.edu.co/?il=3419&pg=350 En los siguientes problemas debe usar el teorema de Green para hallar la solución (justifique cada paso de la solución). 5 a. Calcule ∫#(𝑦𝑥, 𝑥𝑦 + 2𝑆𝑒𝑛(𝑥) ) ⋅ 𝑑𝑠 donde 𝐶 empieza en (0,1) sigue por la curva 𝑦 = 1 − 𝑥 ! hasta (1,0), sigue a lo largo de 𝑥 hasta el origen y continúa en line recta hasta (0,1). b. Calcule el trabajo realizado por la fuera 𝐹⃗ (𝑥, 𝑦) = % ( 𝑡𝑎𝑛$" +&, , 𝑙𝑛 (𝑥 ! + 𝑦 ! ) ) al mover un objeto sobre el círculo (𝑥 − 3)! + (𝑦 − 2)! = 1 empezando y terminando en el punto (3, 3) en contra de las manecillas del reloj. c. Halle el área encerrada por las curvas 𝑦 = 𝐿𝑛(𝑥); 𝑦 = 𝑥 − 𝑒 + 1. y el eje 𝑥. d. Halle el área del triángulo con vértices (1,0), (3,2) y (4, −1). e. Halle el trabajo realizado por la fuera 𝐹⃗ (𝑥, 𝑦) = ((𝑥𝑦 + 1)𝑦 , 𝑦𝑥 ! ) al mover un objeto en línea recta desde (1,0) hasta (1,1) y después sobre la parábola 𝑦 = 2 − 𝑥 ! hasta el eje x, para terminar en línea recta hasta (1,0). Grupo de ejercicios 4 – Teorema de Stokes. Consultar en el entorno de conocimiento el siguiente recurso: Thomas, G. (2015). Cálculo. Varias variables. México: Educación. (pp. 1002-1014) Recuperado de Pearson http://www.ebooks7-24.com.bibliotecavirtual.unad.edu.co/?il=3419&pg=350 En cada ejercicio utilice el teorema de Stokes para resolver el problema dado. a. Halle el trabajo realizado por la fuera 𝐹⃗ (𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑒 $& , 𝑒 & , 𝑒 ' ) al mover un objeto sobre la curva 𝐶 dada por la intersección del plano hasta 𝑥 + 2𝑦 + 2𝑧 = 2 y los planos 𝑥𝑦, 𝑥𝑧, 𝑦𝑧. 6 b. Calcule la integral ∬( 𝑟𝑜𝑡J(𝑒 %& 𝑐𝑜𝑠(𝑧), 𝑦 ! 𝑧, 𝑥𝑦)L ∙ 𝑑𝑆 donde S es el hemisferio 𝑦 = √1 − 𝑥 ! − 𝑧 ! orientado positivamente en dirección del eje y. c. Una partícula se mueva a través de segmentos de recta desde (0, 0, 0) hasta los puntos (0, 1, 0), (1, 1, 2), (1, 0, 2) y regresa a (0,0,0) bajo la influencia del campo de fuerzas 𝐹⃗ (𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑥^2, 2𝑦𝑧, 4𝑧^2 ). Halle el trabajo realizado por la fuerza. d. Calcule el flujo del rotacional de 𝐹⃗ (𝑥, 𝑦) = (𝑧𝑦𝑧, 𝑥 ) 𝑦𝑧 ! , sen(xyz)) sobre la superficie S que es la parte del cono 𝑧 ! = 𝑦 ! + 𝑥 ! que se encuentra entre los planos 𝑧 = 0 y 𝑧 = 3. e. Calcule la integral ∬( 𝑟𝑜𝑡J(𝑥𝑦𝑧, 𝑦, 𝑧)L ∙ 𝑑𝑆 donde S es la parte del plano 𝑥 + 𝑦 + 2𝑧 = 2 que está en el primer octante, orientado hacia arriba. Grupo de ejercicios 5 – Teorema de divergencia. Consultar en el entorno de conocimiento el siguiente recurso: Thomas, G. (2015). Cálculo. Varias variables. México: Educación. (pp. 1015-1026) Recuperado de Pearson http://www.ebooks7-24.com.bibliotecavirtual.unad.edu.co/?il=3419&pg=350 En cada ejercicio utilice el teorema de divergencia para resolver el problema dado. a. Halle el volumen del sólido E acotado superiormente por el cono 𝑥 = 25𝑧 ! + 𝑦 ! e inferiormente por la esfera 𝑥 ! + 𝑦 ! + 𝑧 ! = 9 y el plano 𝑥 = 0. 7 b. Calcule el flujo del campo de velocidades 𝐹⃗ (𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑥 ) 𝑦, − 𝑥 ! 𝑦 ! , −𝑥 ! 𝑦z) a través de la superficie acotada por el hiperboloide 𝑦 ! + 𝑥 ! − 𝑧 ! = 1 y los planos 𝑧 = −2 , 𝑧 = 2. c. Calcule el flujo del campo de velocidades 𝐹⃗ (𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑥 ! 𝑧 ) , 2𝑥𝑦𝑧 ) , x𝑧 * ) a través de la superficie dada por la caja de vértices (±1, ±2, ±3). d. Halle el volumen del sólido E acotado por los planos 𝑧 = 1, 𝑥 + 𝑦 + 𝑧 = 1 y el cilindro 𝑥 ! + 𝑦 ! = 1. ! & e. Calcule el flujo del campo de velocidades 𝐹⃗ (𝑥, 𝑦, 𝑧) = +x𝑧 ! , ) + 𝑡𝑎𝑛(𝑧), 𝑥 ! 𝑧 + 𝑦 ! , a través 𝑧 = 51 − 𝑥 ! − 𝑦 ! . Es importante notar que la superficie no es cerrada, así que debe sumar y restar, de forma apropiada, el flujo a través del disco 𝑥 ! + 𝑦 ! ≤ 1. Los ejercicios deben ser presentados utilizando el editor de ecuaciones de Word o LaTex y deben ser publicados en el foro. Recuerde explicar paso a paso cada uno de los procedimientos que permitan llegar a la respuesta de cada uno de sus ejercicios. Para el desarrollo de la actividad tenga en cuenta que: En el entorno de Aprendizaje debe: Consultar el material bibliográfico de la segunda unidad del curso En el entorno de Aprendizaje debe: Interactuar en el foro para la Tarea 4 y presentar avances de sus ejercicios. En el entorno de Evaluación debe: Entregar el trabajo con el desarrollo de los 5 grupos de ejercicios según los estudiantes que hayan participado 8 Evidencias individuales: Las evidencias individuales para entregar son: Desarrollo de cada uno de los ejercicios seleccionados en la Tabla de elección de ejercicios; los cuales debe entregar en formato Word y presentar en el foro habilitado para la Tarea 4 que se encuentra en el Entorno de Aprendizaje. Evidencias grupales: Las evidencias grupales a entregar son: Interacción con los aportes de sus compañeros: Los estudiantes debe revisar y realimentar los aportes presentados por los compañeros del grupo en el foro. Consolidar y entregar el trabajo: Los estudiantes que participen en el foro con aportes deben consolidar el trabajo colaborativo en un documento Word con los siguientes elementos: - Portada, Introducción, Desarrollo de los ejercicios a, b, c, d y e del ejercicios 1. Desarrollo de los ejercicios a, b, c, d y e del ejercicios 2. Desarrollo de los ejercicios a, b, c, d y e del ejercicios 3. Desarrollo de los ejercicios a, b, c, d y e del ejercicios 4. Desarrollo de los ejercicios a, b, c, d y e del ejercicios 5. Referencias Bibliográficas en normas APA. Grupo de Grupo de Grupo de Grupo de Grupo de Y se debe entregar en el Entorno de Evaluación y Seguimiento en formato pdf y el nombre del archivo debe ser 203057_(número del grupo)_Tarea4. 9 2. Lineamientos generales para la elaboración de las evidencias a entregar. Para evidencias elaboradas en grupo - Colaborativa, tenga en cuenta las siguientes orientaciones 1. Todos los integrantes del grupo deben participar con sus aportes en el desarrollo de la actividad. 2. En cada grupo deben elegir un solo integrante que se encargará de entregar el producto solicitado en el entorno que haya señalado el docente. 3. Antes de entregar el producto solicitado deben revisar que cumpla con todos los requerimientos que se señalaron en esta guía de actividades. 4. Solo se deben incluir como autores del producto entregado, a los integrantes del grupo que hayan participado con aportes durante el tiempo destinado para la actividad. Tenga en cuenta que todos los productos escritos individuales o grupales deben cumplir con las normas de ortografía y con las condiciones de presentación que se hayan definido. En cuanto al uso de referencias considere que el producto de esta actividad debe cumplir con las normas APA En cualquier caso, cumpla con las normas de referenciación y evite el plagio académico, para ello puede apoyarse revisando sus productos escritos mediante la herramienta Turnitin que encuentra en el campus virtual. Considere que en el acuerdo 029 del 13 de diciembre de 2013, artículo 99, se considera como faltas que atentan contra el orden académico, entre otras, las siguientes: literal e) “El plagiar, es decir, presentar como de su propia autoría la totalidad o parte de una obra, trabajo, documento o invención realizado por otra persona. Implica también el uso de citas o referencias faltas, o proponer citad donde no haya coincidencia entre ella y la referencia” y liberal f) “El reproducir, o copiar con fines de lucro, materiales educativos o resultados de productos de 10 investigación, que cuentan con derechos intelectuales reservados para la Universidad” Las sanciones académicas a las que se enfrentará el estudiante son las siguientes: a) En los casos de fraude académico demostrado en el trabajo académico o evaluación respectiva, la calificación que se impondrá será de cero puntos sin perjuicio de la sanción disciplinaria correspondiente. b) En los casos relacionados con plagio demostrado en el trabajo académico cualquiera sea su naturaleza, la calificación que se impondrá será de cero puntos, sin perjuicio de la sanción disciplinaria correspondiente. 11 3. Formato de Rúbrica de evaluación Tipo de actividad: En grupo Momento de la evaluación: Intermedia en la unidad 3 La máxima puntuación posible es de 100 puntos Nivel alto: El estudiante aplica el concepto integrales dobles de Primer criterio de evaluación: Procedimiento: Aplica el concepto integrales dobles. Este criterio representa 15 puntos del total de 100 puntos de la actividad. Segundo criterio de evaluación: Procedimiento: Aplica el concepto integrales triples. Este criterio representa 15 puntos del total de 100 puntos de la actividad manera correcta en el desarrollo del ejercicio propuesto, presentando sus aportes en el foro de la actividad Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 15 puntos y 15 puntos Nivel Medio: El estudiante aplica el concepto de integrales dobles, pero no llega a la solución correcta en los aportes presentados en el foro de la actividad. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 10 puntos y 14 puntos Nivel bajo: El estudiante no aplica correctamente el concepto de integrales dobles en el desarrollo del ejercicio propuesto, o no presenta sus aportes en el foro de la actividad. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 0 puntos y 9 puntos Nivel alto: El estudiante aplica el concepto de integrales triples, correctamente en el desarrollo del ejercicio propuesto, sus aportes en el foro de la actividad. presentando Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 15 puntos y 15 puntos Nivel Medio: El estudiante aplica el concepto de integrales triples, pero no llega a la solución correcta en los aportes presentados en el foro de la actividad. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 10 puntos y 14 puntos Nivel bajo: El estudiante no aplica correctamente el concepto de integrales triples en el desarrollo del ejercicio, o no aportes en el foro de la actividad. presenta sus 12 Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 0 puntos y 9 puntos Nivel alto: El estudiante aplica el teorema de Green de manera Tercer criterio de evaluación: Procedimiento: Aplica el teorema de Green Este criterio representa 15 puntos del total de 100 puntos de la actividad correcta, presentando sus aportes en el foro de la actividad. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 15 puntos y 15 puntos Nivel Medio: El estudiante aplica el teorema de Green, pero no llega a la solución correcta en los aportes presentados en el foro de la actividad. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 10 puntos y 14 puntos Nivel bajo: El estudiante no aplica el teorema de Green, o no presenta sus aportes en el foro de la actividad. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 0 puntos y 9 puntos Nivel alto: El estudiante aplica el teorema de Stokes, presentando Cuarto criterio de evaluación: Procedimiento: Aplica el teorema de Stokes. Este criterio representa 15 puntos del total de 100 puntos de la actividad Quinto criterio de evaluación: Procedimiento: Aplica el teorema de Gauss sus aportes en el foro de la actividad. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 15 puntos y 15 puntos Nivel Medio: El estudiante aplica el teorema de Stokes, pero no llega a la solución correcta en los aportes presentados en el foro de la actividad. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 10 puntos y 14 puntos Nivel bajo: El estudiante no aplica correctamente el teorema de Stokes, o no presenta sus aportes en el foro de la actividad. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 0 puntos y 9 puntos Nivel alto: El estudiante aplica correctamente el teorema de Gauss, presentando sus aportes en el foro de la actividad. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 15 puntos y 15 puntos 13 Este criterio representa 15 puntos del total de 100 puntos de la actividad Nivel Medio: El estudiante aplica correctamente el teorema de Gauss, pero no llega a la solución correcta en los aportes presentados en el foro de la actividad. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 10 puntos y 14 puntos Nivel bajo: El estudiante no aplica correctamente el teorema de Gauss, o no presenta sus aportes en el foro de la actividad. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 0 puntos y 9 puntos Sexto criterio de evaluación: Participación: Realimenta de forma oportuna y adcuada a los aportes de sus compañeros en el foro. Este criterio representa 15 puntos del total de 100 puntos de la actividad Séptimo criterio de evaluación: Formal: Presenta un informe grupal y organizado con la consolidación de los ejercicios seleccionados. Este criterio representa 10 Nivel alto: El estudiante realimenta al menos dos aportes de sus compañeros en el foro, con base a su comprensión de los diferentes conceptos de integración múltiple y la realimentación es correcta. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 15 puntos y 15 puntos Nivel Medio: El estudiante realimenta al menos uno de los aportes de sus compañeros en el foro con base a su comprensión de los diferentes conceptos integración mútiple y la realimentación es correcta. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 10 puntos y 14 puntos Nivel bajo: El estudiante no realimenta aportes de sus compañeros en el foro con base a su comprensión de los diferentes conceptos de derivadas de integración múltiple o su realimentación no es correcta. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 0 puntos y 9 puntos Nivel alto: El trabajo cumple con las especificaciones solicitadas como: portada, introducción, desarrollo de los ejercicios y Bibliografía en APA. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 10 puntos y 10 puntos Nivel Medio: El trabajo no cumple con las especificaciones solicitadas pues le faltan elementos como: portada, introducción, desarrollo de los ejercicios o bibliografía Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 5 puntos y 9 puntos 14 puntos del total de 100 puntos de la actividad Nivel bajo: El trabajo no cumple con las especificaciones solicitadas como: portada, introducción, desarrollo de los ejercicios y bibliografía en APA, o no fue presentado. Si su trabajo se encuentra en este nivel puede obtener entre 0 puntos y 4 puntos 15