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空间曲线积分与曲面积分的若干计算方法(共14页).doc

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空间曲线积分与曲面积分的若干计算方法 业
所以=+0+(-)=-
两类曲线积分的性质以及联系:
虽然第一型曲线积分与第二型曲线积分来自不同的物理原型,且有着不同的性质,但在一定的条件下,如在规定了曲线方向之后,可以建立他们之间的联系。
设L为从A到B的有向光滑曲线,它以弧长s为参数,于是
L 0<s<l
其中 L为L的全长,且A与B的坐标分别为(x(0),y(0))(x(l),y(l)).曲线上每一点的切线方向指向弧长增加的一方,现以(t,x)(t,y)分别表示为切线方向t与x轴与y轴正向的夹角,则在曲线上的每一点的切线方向余弦是
=, 1
若P(x,y),Q(x,y)为曲线L上的连续函数,则有:
Q(x(s),y(s)ds
= 2
最后一个等式是根据第一型曲线积分化为定积分的公式,这里指出当二式左边第二型曲线积分的L改变方向时,积分值改变符号,相应在二式右边第一型曲线积分中,曲线上各点的切线方向指向相反的方向,(即指向弧长减少的方向)这时的夹角(t,x),(t,y)分别与原来的夹角相差一个弧度,从而都要变号,因此一旦方向确定了公式2总是成立的,这样根据条件1和2便成立了两种不同类型的曲线积分之间的联系。
3 空间曲面积分的方法:
第一曲面计型算方法设S为空间中可求面积的曲面,f(x,y,z)为定义在S上的函数,对曲面S作分割T,把S分成n个小曲面块(i=1,2,3.......),以记小曲面块的面积,分割T的细度=,在任取一点()(i=1,2,3,4........),若极限
存在,且与分割T与 ()(i=1,2,3.......)的取法无关,则称此极限为f(x,y,z)在
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上的第一型曲面积分,记着
特别的,当f(x,y,z)=1时,曲面积分就是曲面块S的面积。
例三:计算,其中S是球面++=被平面z=h(0<h<a)所截得的顶部
解:曲面S的方程为z=,定义域D为圆域:+《-
由于=所以由公式可求得
=dxdy=rdr
=2 =-a
对于由参数形式表示为的光滑曲面:
在D区域内
则在S上第一型曲面积分的计算公式为
dudv其中
这里还要求雅可比行列式,,中至少有一个不等于零。
第二型曲面积分
设P,Q,R为定义在双层曲面S上的函数,在S所指的一侧作分割T,它把S分为n个小曲面,,........分割T的细度∣∣T∣∣=的直径,以,,
分别表示为在三个坐标平面内 的投影区域面积,他们的符号由的方向来确定。若在xy平面的投影区域的面积为正。反之若
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一点()若
++存在
且与曲面S的分割T和在上的取法无关,则称此极限为函数P,Q,R在曲面S所指定的一侧上的第二型曲面积分,记做
dydz+Qdzdx+Rdxdy
++
例四:计算++x>0,y>0部分并取球外侧
解:曲面S在第一,五卦限部分的方程分别为:
=
=-
他们在xy平面上的投影区域都是单位圆在第一象限部分,依题意,积分是沿上侧和的下侧进行,所以
= dxdy-dxdy
=2dxdy
=2dr=
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如果光滑曲面S由参量方程给出:
S:
若在D上各点它们函数行列式:,,
不同时为零,则分别有:
=dudv
dudv
两类曲面积分积分的联系:与曲线积分一样,当曲面的侧确定后,可以建立两类曲面积分的联系。设S为为光滑曲面,并以上侧为正侧,R为S上的连续函数,曲面积分在S