应用高斯公式计算下列曲面积分.doc

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应用高斯公式计算下列曲面积分: (1),其中S是单位球面的外侧; (2),其中S是立方体表面的外侧; (3),其中S是锥面与平面z=h所围空间区域的表面,方向取外侧; (4),其中S是单位球面的外侧; (5),其中S是单位球面的外侧。 分析:记住高斯公式 , 其中S 取外侧. 解: (1)因为,,, 所以 (2) (3),由柱面坐标变换 知 原式 (4) (5):增补平面 使之成为一封闭体,并取下侧为 正侧, 原式 2.应用高斯公式计算三重积分 , 其中V由与所确定的空间区域。 分析:空间区域V如图: 解: 原式 3.应用斯托克斯公式计算下列曲线积分: (1),其中L为与三坐标面的交线,它的走向使所围平面区域上侧在曲线的左侧; (2),其中L为所交的椭圆的正向. (3) ,其中L为以为顶点的三角形沿ABCA的方向. 分析:斯托克斯公式给出了双侧曲面积分与曲面边界的曲线积分的关系,即 其中S 的侧与 L 的方向按右手定则 解 (1)记L为曲面S:的边界,如图 由斯托克斯公式知 原式 且 同理 故原积分=0 (2)视L为该椭圆的边界,则 原式= 由于曲面上任一点处的发向量 中的, 从而由定义知,因此,原式=0. (3) 4.求下列全微分的原函数: (1); (2) 分析:(1)因为, 而,,, 所以在内是某一函数的全微分 解: (1) 因,故原函数为: (2)分析:因为, 而,,, 所以在内是某一函数的全微分。 解法1:任取,则 , 其中为任意常数. 解法2: 由于 故原函数为 5.验证下列线积分与路线无关,并计算其值; (1); (2),其中在球面上. 分析:要验证线积分与路线无关,只需要验证被积表达式是某二元函数的全微分,即 或验证 解: (1)因在内有 , 所以所给曲线积分与路线无关,从而 原积分 (2)因在内有 所以,所给曲线积分与路线无关,且 6.证明:由曲面S所包围的立体V的体积为 其中为曲面S的外法线方向余弦。 分析:再利用高斯公式 证明: 故原公式成立. 7.证明:若S为封闭曲面,为任何固定方向,则 其中n为曲面S的外法线方向. 分析:若为曲面S的外法线方向余弦, 有再利用高斯公式 证明: 设N和的方向余弦分别是和,则 由一.二型曲面积分之间的关系可得 = 由的方向固定, 都是常数,故 ,由奥高公式得 原式= 8.证明公式 . 其中s是包围V的曲面,n是s的外法线方向, 分析: 因为 而,则由第一.二型曲面积分的关系及奥高公式可得。 证明: 故公式成立. 9.若L是平面上的闭曲线,它所包围区域的面积为S,求 其中L依正向进行. 分析:利用第一,二型曲面积分之间的关系及斯托克斯公式进行计算。 解: 因. 故由斯托克斯公式及得

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