雙側曲面

雙側曲面

假定一個法向量在某個空間中的光滑曲面上的一條閉曲線移動,並保持它是曲面的法向量,如果不管如何選擇閉曲線,當回到出發點時法向量的指向與它原來的指向總是一致的,則稱該曲面是雙側的。

概念

雙側曲面 雙側曲面
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在光滑曲面 上任取一點 ,過點 的法線有兩個方向,如果選定法線的某個方向為指定的方向,當點在曲面上連續移動時,法線也連續變動、當動點從 出發沿著曲面上任意一條不越過曲面邊界的封閉曲線又回到原位置 時,法線的指向保持不變,稱這種曲面為雙側曲面。

基本原理

性質

雙側曲面 雙側曲面
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(1)由於第二類曲面積分是在雙側曲面指定的一側進行的,如果考慮不同的側面,此時 的方向相反,因而面積的投影相差一負號,若記曲面 的某一側為 ,相反一側為 ,則

雙側曲面 雙側曲面

因此,當改變曲面的側,積分改變符號,這與第一類曲面積分是一個顯著差別。

對於曲面的側,若曲面非封閉,可分為上側與下側,前側與後側,左側與右側;若曲面封閉,則可分為外側與內側。

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(2)若曲面 分為兩塊曲面 與 ,即 , 與 沒有公共內點,但不改變曲面的側,則

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計算法

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第二類曲面積分可化為二重積分來計算,但須注意到被積函式中的變數應滿足曲面方程,是面積元素分別在各坐標面上的投影,計算公式為

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其中,當法線矢量的方向角為銳角時,相應積分號下取“”號;為銳角時取“”號,特別,若為時,則相應積分值為零。而是曲面的方程的三種表示,它們分別在上都是單值連續函式。

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