今天我们来讨论一下曲面积分中的第二类面积分:对坐标的面积分。
假设∑是光滑有方向的曲面,A、B、C是定义在∑上的函数并且有界,那么我们就可以得到二重积分∫∫∑ Adydz Bdzdx Cdxdy = lim∑(i=1,n) [A(ai,bi,ci)(△S)yz B(ai,bi,ci)(△S)zx C(ai,bi,ci)(△S)xy],其中(△S)yz表示有向曲面块△S在yOz坐标面上的投影,(△S)zx表示有向曲面块△S在zOx坐标面上的投影,同理,(△S)xy表示有向曲面块△S在xOy坐标面上的投影。如果A、B、C在∑上连续,就说明二重积分∫∫∑ Adydz Bdzdx Cdxdy存在。
我们可以利用高斯公式来进行计算,设空间闭区间X是由分片光滑的闭区面∑围成的,函数A、B、C在空间闭区间X上都有连续一阶偏导数,闭曲面∑取外侧,则可以得到公式:
图一
补面也可以用高斯公式,如果要计算的曲面积的积分曲面∑不封闭,而且计算不方便,那么这个时候我们就可以补一块曲面∑1,使得原曲面变成封闭曲面,则可以得到:
图二
以上所讲,都是概念,我们回归标题,对于这类面积分,我们什么时候用到高斯公式来做呢。
看了这么多概念,不如直接给出一道例题,可以让大家更清晰。
图三
如图所示,当题目中给出不封闭的积分曲面∑,我们可以想到补曲面用高斯公式的方法,笔者在学习高斯公式的时候,其实也不是很理解,因此,笔者的建议是大家如果理解不了高斯公式,那干脆就背下来,毕竟曲面积分也是比较抽象的,背下来先解决题目,熟能生巧,之后再慢慢理解,我相信大家就能够理解了,笔者在做这道题的时候,其实换元法我也没想到,这是不应该的,当时还卡了好长时间,这里的y^2 z^2很明显可以用q^2来代替,这里涉及到三重积分和二重积分的基础计算,我还要再好好复习复习,这道题用直接法计算麻烦,因此用高斯公式的。