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曲面的定向

下一节:第二类曲面积分的引入

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曲面的定向课程教案、知识点、字幕

好 我们现在开始讲

我们这学期的最后一类积分

第二类曲面积分

在讲第二类曲面积分之前

我们先介绍一个空间曲面的定向

假如说有一张空间曲面S

S呢是一个光滑C1类的光滑曲面

光滑的正则曲面

也就是说 假如说

我们S给一个参数方程

x=x(u v) y=y(u v) z=z(u v) uv呢

是一个平面上的一个集合D(u v)

所谓的C1类的光滑曲面

我们已经讲过

这三个函数都是连续可微函数

也就是他们所有的偏导数都是连续函数

并且我们原来讲过

有叫一个ABC的东西

A呢等于

偏y偏u偏y偏v偏z偏u偏z偏v

B呢就等于

偏z偏u偏z偏v偏x偏u偏x偏v

C呢就等于

偏x偏u偏x偏v偏y偏u偏y偏v

满足A方加上B方加上C方是不得0的

那么对于这么一个光滑的正则曲面

我们定向是这么定的

随便找一个(x0 y0 z0)属于S

我们知道在这一点他的法向量

正好是等于±(A,B,C)

单位法向量呢

是除以根号A方加上B方加上C方

假如说我们取定某一侧为正法方向

那么也就意味着

我们取定某一个正负号做为正法向量

举个例子呢

我们记这个方向为正法方向

那么我们可以知道这一点的方向定完了之后

在这个光滑曲面上

任意一点的方向我们是这么来定

P点的方向呢

我们从P0点到P点

在这光滑的曲面上找一条连线

那么P点的方向呢

是由这个正法方向连续的这么变化过来

得到了P点的正法方向

如果说一张曲面给了一个点的正法方向

其他点的正法方向

都可以用这种办法唯一的确定的

那么我们就把这张曲面呢

叫做可定向曲面

确实 现实中存在着一类叫做可定向曲面

大部分曲面我们看到都是可定向的

但也确确实实存在另外一类曲面

叫做不可定向曲面

比如说 我们讲 莫比乌斯带

那么我们在第二类曲面积分里面

所有的曲面都是指可定向曲面

那么我们把一个确定了方向的曲面

我们把它记作是S上面一个+ 号

表示这个曲面的方向我们已经确定了的

那么这是一张简单曲面的定向问题

比如说 我们举个例子

一个球面 或者说一个闭曲面

这当然是一个可定向曲面

原因很简单

我在某一点我给他指定了一个正法方向

比如说外侧为正

那么整个一个闭曲面上是不是都是外侧为正

那么这当然是一个可定向曲面

假如说某一种曲面

它是由几张光滑曲面拼接而成的

我们画的简单一点 就画这么一个曲面

第一张是上面那个曲面 我们把它叫做S1

是一个光滑曲面

第二张呢是侧面那张曲面叫做S2

假如说一旦

我把S1的可定向曲面的单位正方向

我把它叫做n1定下来之后

那么通过右手螺旋法则

我们可以确定它的边界方向

就是四个手指头是边界方向

大拇指是曲面方向

那么我们可以知道边界方向是它

通过边界方向

我们再规定了一种方向叫协调方向

协调性 所谓协调方向的话

在S1和S2公共的边界线上使得这个方向相反

所以S2的边界的方向就是这个方向

然后通过S2的边界的方向

再通过右手螺旋法则

我们可以推出S2的正法方向

那么通过几张曲面拼接而成的曲面

通过方向的协调性

我们同样可以定义这个曲面的方向

所以呢 现在我们可以知道

对于一个曲面来讲

如果是一个单一的光滑正则曲面

我们可以通过一点的方向

确定整个曲面的方向

同样 如果这个曲面由若干张

光滑正则曲面拼接而成的

我们可以通过协调方向

方向的协调性

使得最后我们还是要做到一点

一点 曲面上一点的正方向确定了

这个曲面上其他点的正方向

如果这件事情可以做成了

我们把这张曲面无论是单张的

还是几张拼接而成的曲面

叫做可定向曲面

如果做不成了我们把它叫做不可定向曲面

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

曲面的定向笔记与讨论

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