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【第一类曲面积分】- 图解高等数学 17

第一类曲面积分(对面积的曲面积分)的物理意义就是对于密度分布不均匀的曲面要计算其质量。
一、面积分的定义
第一类曲面积分所采用的方法还是分割取近似,作和求极限。
就是用很小一块面积dS乘以相应的密度函数f(x,y,z),再将曲面S区域上各个小块的质量累加起来,得到曲面总质量。下面的积分式描述了上面的概念:

二、面积分的计算公式
但是实际上直接利用定义公式计算会很困难,所以做法就是将曲面的面积利用投影的方式转成平面上,再求其积分。回忆【投影的应用】的求椭圆面积的公式:

图1
第一类曲面积分具体做法就是在对于一小块曲面面积dS不方便计算的时候,将曲面投影下来到xoy平面上去计算dxdy面积。利用投影的思想在投影面R来积分。在看具体计算推导之前先来看动画演示:

图2
我们知道dS小块曲面面积与投影面积的关系式如下:


若z = g(x,y),曲面投影到xoy的R区域,则计算公式可得:


那现在问题是如何求θ呢?它其实就是当前曲面(法线,即梯度向量n)与z轴(向量k)的夹角。


这样把曲面上的面积分转成平面上的面积分,最终公式如下:


上面就是制作的图解高等数学第一类曲面积分例子。好了,现在让我们在下一篇的中来看一看其他高数相关概念的动图。


因为本人水平有限,疏忽错误在所难免,所以还请各位老师和朋友不吝赐教,多提宝贵意见,帮助我改进这个系列。感谢关注!Thanks!

 

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