曲面积分

更新时间:2022-08-25 15:46

定义在曲面上的函数或向量值函数关于该曲面的积分。曲面积分一般分成第一型曲面积分和第二型曲面积分。

第一型

定义

设 为空间中的曲面, 为定义在 上的函数.对曲面作分割 ,它把分成 个可求面积的小曲面片 , 的面积记为 ,分割 的细度为 ,在 上任取一点 , 若存在极限

且它的值与分割及点的取法无关,则称此极限 为 在 上的第一型曲面积分,记为

或者简写成 。

第一型曲面积分的计算

设空间曲面S的方程为 , ,其中 为曲面S在 平面上的投影域,函数 在曲面S上连续,如果 在 上有连续的一阶偏导数,则有

其中 是 在 上的投影域, 和 表示在 内某点 处的两个偏导数。由第一型曲面积分的定义,于是将第一型曲面积分化为二重积分的计算

物理意义

表示以 为面密度的空间曲面S的“质量”,即将空间曲面S想象成一块光滑的(可微的)不折叠的(单值的)质量分布服从 的薄板,故 在S上的第一型曲面积分就是薄板的代数质量。

第二型

设 为空间中的曲面, 为定义在 上的函数.对曲面作分割 ,它把分成个可求面积的小曲面片 , 分别代表 在三个坐标面的投影面积。分割的细度为 ,在 上任取一点 , 若存在极限

且它的值与分割及点的取法无关,则称此极限 为 在 上的第二型曲面积分,记为

或者简写成 。

第二型曲面积分的计算

设空间曲面S的方程为 , ,其中 为曲面S在 平面上的投影域,函数 在曲面S上连续,如果 在 上有连续的一阶偏导数,则有

物理意义

表示以为空间流体的流速场,单位时间流经曲面的总流量。

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