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El teorema de Stokes: generalización del teorema de Green

El teorema de Green nos dice que la integral de un campo vectorial F = L( x, y ) i + M( x, y ) j sobre una curva cerrada C, entonces

donde R es la región que tiene como frontera la curva C que pertenece al plano XY.
Vamos a extender esta noción a una curva en el espacio (no necesariamente plana).
Como es norma en este curso, vamos a entregar el teorema de Stokes para ver su aplicabilidad y luego daremos el esbozo de su demostración.
Supongamos que tenemos una superficie S "abierta" cualquiera en el espacio (que no es cerrada), y cuyo perímetro es C (vea la Figura 1). Y supongamos que tenemos un campo vectorial F definido sobre C, entonces

              (1)

donde es el vector normal unitario a la superficie S (orientado según la "regla del tornillo" respecto de la orientación positiva de la curva C)
Vamos a ver que la fórmula dada en (1) es es una extensión del teorema de Green. 
En efecto, supongamos que la superficie S es de tal forma que luce como lo indica la Figura 2.
Si consideramos el campo vectorial F = L( x, y ) i + M( x, y ) j actuando sobre la curva C, entonces aplicando el teorema de Green

   (2)

Figura 1

por otro lado, el rotacional de F es

Ahora observemos que el vector normal a la región R es k, y por otro lado

Por lo tanto la integral en (2) queda como

Figura 2

donde esta vez R hace el papel de la superficie y el vector normal a dicha superficie es justamente k. Y esta última fórmula es la que se conoce como el teorema de Green en su forma circulación-rotacional.

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