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第二类曲面积分的计算:Gauss公式

下一节:Stokes公式及其应用

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第二类曲面积分的计算:Gauss公式课程教案、知识点、字幕

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

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

第二类曲面积分的计算:Gauss公式笔记与讨论

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