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第二型曲面积分

第二型曲面积分

第二型曲面积分

第二型曲面积分是关于在坐标面投影的曲面积分,其物理背景是流量的计算问题。第二型曲线积分与积分路径有关,第二型曲面积分同样依赖于曲面的取向,第二型曲面积分与曲面的侧有关,如果改变曲面的侧(即法向量从指向某一侧改变为指另一侧),显然曲面积分要改变符号,注意在上述记号中未指明哪侧,必须另外指出,第二型曲面积分有类似于第二型曲线积分的一些性质。

基本介绍

  • 中文名:第二型曲面积分
  • 所属学科:数学(微积分)
  • 简介:关于在坐标面投影的曲面积分
  • 物理背景:流量的计算问题

物理意义

第二型曲面积分的物理背景是流量的计算问题。设某流体的流速为v=((P(x,y,z),Q(x,y,z),R(x,y,z))从某双侧曲面S的一侧流向另一侧,求单位时间内流经该曲面的流量。由于是有向曲面,设它的单位法向量为n=(coα,cosβ,cosγ),取曲面面积微元dS,则所求的单位时间内流量微元就是dE=(v·n)dS,若记有向曲面向量微元为dS=ndS,则dE=v·dS,那幺,所求的通过整个曲面S的流量为
,若记
则流量用分量表示为
或者
这种类型的积分称为第二型曲面积分。P(x,y,z)称为被积函式,S称为积分曲面。

第二型曲面积分的计算

转化为二重积分,必须注意两个问题:
(1)将曲面S向相应的坐标平面投影,求得二重积分的积分区域。
(2)根据曲面的侧(即法向量的方向)确定二重积分的符号。
根据积分表达式,确定投影平面,如要计算
P(x,y,z)dydz,必须将S向yz平面投影,求
得二重积分的积分区域Dyz,此时
P(x,y,z)dydz=±
P(x(y,z),y,z)dydz,其中曲面S:x=x(y,z),(y,z)∈Dyz,二重积分的符号取决于法向量与x正向的夹角,为锐角时取正号,钝角时取负号,简记为前正、后负。
同理
Q(x,y,z)dzdx=±
Q(x,y(z,x),z)dzdx,(符号:右正,左负)
R(x,y,z)dxdy=±
P(x,y,z(x,y))dxdy,(符号:上正,下负)

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