曲面積分

曲面積分

定義在曲面上的函式或向量值函式關於該曲面的積分。曲面積分一般分成第一型曲面積分和第二型曲面積分。 第一型曲面積分物理意義來源於對給定密度函式的空間曲面,計算該曲面的質量。第二型曲面積分物理意義來源對於給定的空間曲面和流體的流速,計算單位時間流經曲面的總流量。

基本信息

第一型

定義

曲面積分 曲面積分
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曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分

設 為空間中的曲面, 為定義在 上的函式.對曲面作分割 ,它把分成 個可求面積的小曲面片 , 的面積記為 ,分割 的細度為 ,在 上任取一點 , 若存在極限

曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分

且它的值與分割及點的取法無關,則稱此極限 為 在 上的 第一型曲面積分 ,記為

曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分

或者簡寫成 。

第一型曲面積分的計算

曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分

設空間曲面S的方程為 , ,其中 為曲面S在 平面上的投影域,函式 在曲面S上連續,如果 在 上有連續的一階偏導數,則有

曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
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其中 是 在 上的投影域, 和 表示在 內某點 處的兩個偏導數。由第一型曲面積分的定義,於是將第一型曲面積分化為二重積分的計算

曲面積分 曲面積分

物理意義

曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分

表示以 為面密度的空間曲面S的“質量”,即將空間曲面S想像成一塊光滑的(可微的)不摺疊的(單值的)質量分布服從 的薄板,故 在S上的第一型曲面積分就是薄板的代數質量 。

第二型

曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分

設 為空間中的曲面, 為定義在 上的函式.對曲面作分割 ,它把分成個可求面積的小曲面片 , 分別代表 在三個坐標面的投影面積。分割的細度為 ,在 上任取一點 , 若存在極限

曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分

且它的值與分割及點的取法無關,則稱此極限 為 在 上的 第二型曲面積分 ,記為

曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分

或者簡寫成 。

第二型曲面積分的計算

曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分

設空間曲面S的方程為 , ,其中 為曲面S在 平面上的投影域,函式 在曲面S上連續,如果 在 上有連續的一階偏導數,則有

曲面積分 曲面積分

物理意義

曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分
曲面積分 曲面積分

表示以為空間流體的流速場,單位時間流經曲面的總流量 。

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