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第一类曲面积分的计算例题(2)

下一节:含参定积分的定义

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第一类曲面积分的计算例题(2)课程教案、知识点、字幕

好我们再来看一道例题

我们现在有这么一个曲面 面状物体

S呢是x方加上y方加上z方等于a方

是在z大于等于零的部分

也就是说上半球面

这么一个面状物体

它的质量面密度 σ呢就等于1

这是质量面密度

我们要求

这个面状物体关于z轴的转动惯量

这是第一类曲面积分的

一个物理应用

好那么我们来看一看

这是一个面状物体

它就是上半x y z

就是一个上半的球面

我们还是根据我们积分

第一类曲面积分的定义那样

我们切出一小块儿

这一小块儿的

小的质量就是等于1乘上dS

因为密度是1

这一小块儿绕着z轴的转动惯量

那么我们知道

转动惯量就等于它的质量

再乘上它和z轴的距离的平方

所以呢 再乘上x平方加上y平方

这是这一小块儿的转动惯量

然后我们做累加

因为我们知道

转动惯量具有可加性

我们做累加

累加完了之后再让某一个密度

也就 分割的细致程度t呢趋于零

最后转动惯量实际上就是这么一个

第一类的曲面积分

所以这是第一类曲面积分的

一种物理应用

我们把它稍微写得整齐一点的话

就是S这个曲面上

x平方加上y平方dS

那我们知道

x方加y方加z方等于a方

z呢 当然我们可以马上写出来

z呢 就等于根号a方减x方减y方

既然可以写成这个样子

而且呢 x y的 x y呢属于Dxy

其中Dxy就是平面上的这么一个圆

所以我们根据

第一类曲面积分的计算方式

我们可以知道

它就是Dxy的二重积分

x方加上y方 再乘上显函数方程

1加上偏z偏x的平方 就是x平方

除以1 a方减x方减y方

再加上偏z偏y的平方

就是y平方除以

a方减x方减y平方的 dx dy

这就变成了这么一个二重积分

这是一个圆域

显然 用极坐标系是最简单的

我们一用极坐标系之后

我们就把它 可以把它写成

从0到2π的积分dφ

圆的半径正好是a

所以呢 从零到a

被积函数呢 是ρ的平方

再乘上根号

上面呢是 a平方

分母呢 是a方减ρ的平方

乘上ρ dρ

那么不难计算 这么一个二次积分

最后的结论呢

就是三分之四 π a的四次方

那同样这一道题

我们也可以换一种解法

因为我们知道 S这个曲面

除了刚才的显函数表达形式

z就等于根号a方减x方减y方之外

还有一个参数表达形式

x呢就等于a sinθ cosφ

y呢就等于a sinθ sinφ

z呢就等于a cosθ

其中这个θ φ呢 是属于 θ φ

θ呢 是大于等于零

小于等于二分之π的 这是半球面

φ呢是大于等于零小于等于2π的

在这个范围里面

那么有了这个参数方程之后

我们把原来这个第一类的

S上的关于x平方加y平方的

第一类的曲面积分

又可以用参数形式来给它计算

也就等于在Dθφ上

x平方加上y平方

就是等于a平方sin平方θ

a平方sin平方θ

乘上根号 刚才我们知道

是A方加B方加C方 我们就

在这儿呢 不仔细算了

我们把 A方 B方 C方算出来之后

我们可以知道

它就等于a的四次方sin平方θ的

dθ dφ 我们把它展开一写

就等于 a的平方 a的平方

a的四次方 零到二分之π

dθ 从零到2π

被积函数呢 是sin三次方θ dφ

最后我们不难算出我们想要的结果

就是三分之四π a的四次方

显然我们可以看出来

参数方程的形式算这道题

至少是会看上去简单一点

微积分——多元函数与重积分课程列表:

第一章 多元函数微分学

-第一节 多元连续函数

--向量的内积与长度-1

--向量的内积与长度-2

--R^n中的点列的收敛性

--内点、外点、边界点-1

--内点、外点、边界点-2

--开集、闭集、区域

--多元函数的有关概念

--二重极限的定义

--二重极限的例题

--二次极限的定义

--连续与一致连续的定义

--连续函数的性质-1

--连续函数的性质-2

--连续函数的性质-3

-第一章 多元函数微分学--第一节练习题

-第二节 多元函数的偏导数

--偏导数的概念

--偏导数的几何意义

--高阶偏导数的概念

--混和偏导数与求导顺序无关的条件

-第一章 多元函数微分学--第二节练习题

-第三节 多元函数的全微分

--全微分的概念

--可微的必要条件

--可微的充分条件

--可微的充要条件

--多元函数的原函数

-第一章 多元函数微分学--第三节练习题

-第四节 多元函数的微分法

--复合函数微分法之一

--复合函数微分法之二

--复合函数求导数(举例)

--隐函数存在定理

--隐函数求导法(举例)

--隐函数组求导法

-第一章 多元函数微分学--第四节练习题

-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量

--方向导数的概念

--方向导数的计算

--梯度向量的概念与计算

-第一章 多元函数微分学--第五节练习题

-第六节 映射及其微分

--映射与连续映射的概念

--映射的导数、微分、雅克比矩阵

--复合映射的微分法

-第一章 多元函数微分学--第六节练习题

-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式-2

--二元函数带有Lagrange型余项的泰勒公式

-第一章 多元函数微分学--第七节练习题

第二章 多元函数微分学应用

-第一节 多元函数微分学的几何应用

--空间曲线的切线与法平面(之一)

--空间曲线的切线与法平面(之二)

--空间曲线的切线与法平面问题举例

--曲面的切平面与法线(之一)

--曲面的切平面与法线(之二)

--曲面的切平面与法线(之三)

--曲面的切平面与法线问题举例

-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题

-第二节 多元函数的极值

--极值点的概念和必要条件

--极值点的判别法

--极值问题举例

-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题

-第三节 多元函数的条件极值

--二元函数条件极值问题的提法

--三元函数条件极值问题的提法(之一)

--三元函数条件极值问题的提法(之二)

--条件极值问题的直接解法

--条件极值问题的Lagrange解法

--条件极值问题举例

--多元函数在有界闭域上的最值

--最小二乘法

-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题

第三章重积分

-第一节 二重积分的概念和性质

--二重重积分引入

--二重积分定义

--二重积分性质

--关于二重积分性质的例题

-第二节 二重积分的计算

--二重积分的计算:直角坐标系(1)

--二重积分的计算:直角坐标系(2)

--二重积分的计算:直角坐标系(3)

-第三章重积分--第二节练习题

-第三节 极坐标系及一般坐标系

--极坐标系

--一般坐标系

--二重积分的一般坐标变换公式

--二重积分的计算:极坐标系

--二重积分的计算:极坐标系例题

--二重积分的计算:一般坐标系例题

-第三章重积分--第三节练习题

-第四节 三重积分

--三重积分的引入

--三重积分的定义

--三重积分的性质

--直角坐标系

--三重积分的计算:例题(1)

--三重积分的计算:例题(2)

--空间坐标变换

--空间柱坐标系

--空间柱坐标系例题(1)

--空间柱坐标系例题(2)

--球坐标系

--球坐标系例题

-第三章重积分--第四节 练习题

-第五节 第一类曲线积分

--第一类曲线积分的引入

--第一类曲线积分的定义

--第一类曲线积分的性质

--第一类曲线积分的计算公式

--第一类曲线积分的计算例题

-第三章重积分--第五节 练习题

-第六节 第一类曲面积分

--第一类曲面积分的引入

--第一类曲面积分的定义

--第一类曲面积分的性质

--第一类曲面积分的计算公式

--第一类曲面积分的计算例题(1)

--第一类曲面积分的计算例题(2)

-第三章重积分--第六节 练习题

-第七节 含参变量积分

--含参定积分的定义

--含参积分的连续性

--含参积分的导数

--含参积分的例题

-- 广义含参积分的一致收敛性

--广义含参积分的连续性和积分导数

-第三章重积分--第七节 练习题

第四章 向量分析

-第一节 第二类曲线积分

--第二类曲线积分的引入

--第二类曲线积分的定义

--第二类曲线积分的性质第二类曲线积分的性质

--第二类曲线积分的性质

-第四章 向量分析--第一节 练习题

-第二节 Green公式及其应用

--平面第二类曲线积分:Green公式

--平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式

-第四章 向量分析--第二节 练习题

-第三节 第二类曲面积分

--曲面的定向

--第二类曲面积分的引入

--第二类曲面积分的定义与性质

--第二类曲面积分的计算

-第四章 向量分析--第三节 练习题

-第四节 Gauss公式与Stokes公式

--Gauss公式

--第二类曲面积分的计算:Gauss公式

--Stokes公式及其应用

-第四章 向量分析--第四节 练习题

-第五节 无源场,保守场与调和场

--平面保守场

--势函数及其计算

--空间保守场

--常见的场

-第四章 向量分析--第五节 练习题

第五章 常微分方程

-第一节 微分方程的基本概念

--微分方程概念举例

--微分方程的基本概念

--一阶微分方程定解问题解的存在唯一性

-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)

--变量分离方程

--齐次型方程

--可化为齐次型方程的方程

--一阶线性微分方程的概念和解的性质

--一阶线性微分方程的解法

--Bernoulli方程

--可降阶方程(之一)

--可降阶方程(之二)

-第五章 常微分方程--第二节 练习题

-第三节 高阶线性微分方程解的结构

--线性微分方程解的性质

--函数组线性相关(无关)的概念

--函数组线性相关的必要条件

--线性微分方程解函数组线性相关的判别法

--线性微分方程解的结构

-第五章 常微分方程--第三节 练习题

-第四节 高阶线性常系数微分方程

--视频5--17 二阶线性齐次微分方程的特征法

--n阶线性齐次微分方程的特征法

-- 线性齐次微分方程的特征法举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之一)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法(之二)

--欧拉方程

--欧拉方程举例

-第五章 常微分方程--第四节 练习题

第一类曲面积分的计算例题(2)笔记与讨论

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