当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第四章 向量分析 > 第四节 Gauss公式与Stokes公式 > 第二类曲面积分的计算:Gauss公式
好 我们现在来用一下高斯公式
我们要算这么一个第二类曲面积分
其中S这个曲面呢是这么给的
是z=1-x^2-y^2
在z是0-1那内部
要算这么一个第二类曲面积分
我们来画一下图
这是一个开口向下的旋转抛物面
下侧为正
那么 我们讲过
这个是S曲面
正方向呢是向下为正
好 我们来看一下
我们想用高斯公式来证明
来做这件事情
那么 高斯公式有几个要求
第一 对这曲面有要求
一定要是闭曲面
我们现在发现这个曲面是一个开的曲面
那么我们要加辅助面
S辅助面
我们加的是z=0 在x^2+y^2≤1那部分
辅助面 向上为正
那么我们可以知道
S正和S辅助面的正本身构成一个闭曲面
但是高斯公式要求的曲面的外侧为正
也就是说从Ω区向外的方向为正
而我们现在发现
我们现在这个
构成这个闭曲面
是吧 由外向内的方向
那么要用高斯公式呢
一定要加一个负号使得它变成由内向外的曲面
我们再来看看这么一个第二类曲面积分
这个第二类曲面积分写出这个样子当然也是可以的
但是跟高斯公式的形式是不一样的
我们改写成高斯公式的形式
应该是S正上零dydz加上(z^2-y)dzdx
加上(x^2-z)dxdy
好 那么我们现在来看看
负的S再加上S辅助面上的第二类曲面积分
根据高斯公式
它就等于在Ω区域上的散度的双重积分
散度大X对x的偏导数等于零
大Y对y的偏导数等于-1
大Z对z的偏导数等于-1
那么 dxdydz
这当然看上去很简单
这个负号是怎么来的呢
这个负号是这么来的
因为高斯公式要求是由区域内部向外为正
而我们现在呢
这两个曲面构成的实际上是从区域外部向内为正
那么我们加一个负号给它做一个修正
所以呢 就等于它
那么我们现在要求的
所求的这么一个第二类曲面积分
实际上就可以写成
负的在S辅助面上的第二类曲面积分
减去三重积分
-2的三重积分
我们一个一个来算
我们先来看看三重积分
Ω区域上
-2的三重积分就等于
Ω区域它的底下的xy平面上的投影就是Dxy
x^2+y^2+z^2≤1
也就在x^2+y^2≤1的地方dxdy
z方向呢是从零到上面呢
是1-x^2-y^2
-2的dz
我们稍微经过计算一下
我们可以知道
这个三重积分呢
就等于 那我们可以算一下
这个积分呢就等于-π
我们也把辅助面上的第二类曲面积分算一下
S辅助面上的第二类曲面积分是
(x^2-z)dxdy加上(z^2-y)dzdx
我们来看看第一个积分
第一个积分
辅助面在xy平面上的投影就是x^2+y^2≤1这个区域上
x^2 辅助面的方程式z=0
所以z呢就等于零
减去零 dxdy这个二重积分
在辅助面上的第二个第二类曲面积分
因为这个辅助面在zx方向上的投影是一条直线
它是没有面积的
所以呢加上零
那么它就变成了
我们用一下极坐标系
从零到2πdφ
然后呢是从零半径为1 x平方
ρ平方cos平方ψ乘上ρdρ就等于
最后算一下就等于四分之π
所以呢
我们原来要求的S正上的第二类曲面积分
最终呢我们把它带到这个公式
等于负的四分之π再减去-π
最后的结论呢就是等于四分之三的π
-第一节 多元连续函数
--开集、闭集、区域
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-第四章 向量分析--第五节 练习题
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-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)
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-第三节 高阶线性微分方程解的结构
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-第四节 高阶线性常系数微分方程
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--欧拉方程举例
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