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如何用二重积分计算第二型曲面积分?

时间:2022-09-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:对于第二型曲面积分,如果有向曲面Σ的方程为z=z(x,y)或y=y(z,x),x=x(y,z),计算上面的曲面积分都比较复杂,因此,下面给出直接用二重积分计算的方法.定理2.9.1 设有向曲面Σ(取上侧)是由方程z=z(x,y)给出的,Σ-表示曲面取下侧,且Σ在xOy坐标面上的投影区域为Dxy,z=z(x,y)在Dxy上具有一阶连续偏导数,P(x,y,z),Q(x,y,z),R(x,y,z)在Σ上

对于第二型曲面积分,如果有向曲面Σ的方程为z=z(x,y)或y=y(z,x),x=x(y,z),计算上面的曲面积分都比较复杂,因此,下面给出直接用二重积分计算的方法.

定理2.9.1 设有向曲面Σ(取上侧)是由方程z=z(x,y)给出的,Σ表示曲面取下侧,且Σ在xOy坐标面上的投影区域为Dxy,z=z(x,y)在Dxy上具有一阶连续偏导数,P(x,y,z),Q(x,y,z),R(x,y,z)在Σ上连续,则

证 (1)由于,又Σ表示取上侧的曲面,则可取

所以有

(2)当积分曲面为Σ时,

则有

如果Σ(表示取右侧或前侧)的方程为y=y(z,x)或x=x(y,z)时,可得到相应的计算公式

如果积分曲面为Σ时与上面积分仅差一个符号.

定理2.9.2 设Γ为分段光滑的空间有向闭曲线,Σ(取上侧)是以Γ为边界的分片光滑有向曲面,其方程为z=z(x,y),且Γ的正方向与Σ的法向量符合右手法则,P,Q,R在Σ(连同边界Γ)上具有一阶连续偏导数,z=z(x,y)在Σ的投影区域Dxy上也具有一阶连续偏导数,则

(即Stokes公式的二重积分形式)

证 由Stokes公式可得

由于Σ的方程为z=z(x,y),故由定理2.9.1的(1)得

如果Σ(表示取右侧或前侧)的方程为y=y(z,x)或x=x(y,z)时,得到相应的计算公式

如果以Γ为边界的分片光滑有向曲面为Σ时与上面积分也仅差一个符号.

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