Xreferat.com » Рефераты по математике » Поверхневі інтеграли

Поверхневі інтеграли

у вигляді


Поверхневі інтеграли. (9)


У правій частині рівності (9) міститься інтегральна сума для функції Поверхневі інтеграли. Ця функція неперервна в області Поверхневі інтеграли, тому інтегрована в ній.

Перейшовши в рівності (9) до границі при Поверхневі інтеграли, отримаємо формулу

Поверхневі інтеграли,


яка виражає поверхневий інтеграл другого роду по змінних Поверхневі інтеграли і Поверхневі інтеграли через подвійний. Якщо вибрати нижню сторону поверхні (нормаль до поверхні утворює з віссю Поверхневі інтеграли тупий кут), то одержаний подвійний інтеграл беруть із знаком «мінус», тому


Поверхневі інтеграли.(10)


Аналогічно


Поверхневі інтеграли;(11)

Поверхневі інтеграли.(12)


У формулі (11) гладку поверхню Поверхневі інтеграли задано рівнянням Поверхневі інтеграли, а у формулі (12) – рівнянням Поверхневі інтеграли. Знак «плюс» беремо у цих формулах тоді, коли нормаль до поверхні утворює відповідно з віссю Поверхневі інтеграли, з віссю Поверхневі інтеграли гострий кут, а знак «мінус» – коли тупий кут; Поверхневі інтеграли, Поверхневі інтеграли – проекції поверхні Поверхневі інтеграли на площини Поверхневі інтеграли та Поверхневі інтеграли відповідно.

Для обчислення загального інтеграла (8) використовують формули (10) – (12), проектуючи поверхню Поверхневі інтеграли на всі три координатні площини. Таким чином,


Поверхневі інтеграли

Правильність вибору знаків перед подвійними інтегралами можна перевірити за допомогою формули


Поверхневі інтеграли,


яка визначає одиничний нормальний вектор до поверхні Поверхневі інтеграли. Подвійний знак у цій формулі відповідає двом сторонам поверхні Поверхневі інтеграли. З формули (8) випливає, що знак перед подвійним інтегралом збігається із знаком відповідного напрямного косинуса нормалі Поверхневі інтеграли:


Поверхневі інтеграли.


Якщо поверхня Поверхневі інтеграли неоднозначно проектується на будь-яку координатну площину, то цю поверхню розбивають на частини, а інтеграл (8) – на суму інтегралів по одержаних частинах поверхні Поверхневі інтеграли.


3. Формула Остроградського-Гаусса


Формула Остроградського-Гаусса встановлює зв'язок між поверхневим інтегралом по замкненій поверхні і потрійним інтегралом по просторовій області, обмеженій цією поверхнею. Ця формула є аналогом формули Гріна, яка, як відомо, встановлює зв'язок криволінійного інтеграла по замкненому контуру з подвійним інтегралом по плоскій області, обмеженій цим контуром.

Нехай замкнена область Поверхневі інтеграли обмежена замкненою поверхнею Поверхневі інтеграли, причому знизу та зверху обмежена гладкими поверхнями Поверхневі інтеграли та Поверхневі інтеграли, рівняння яких Поверхневі інтеграли та Поверхневі інтеграли (рис. 7).

Поверхневі інтеграли

Рисунок 7 – Замкнена область Поверхневі інтеграли


Припустимо, що проекцією області Поверхневі інтеграли на площину Поверхневі інтеграли є область Поверхневі інтеграли. Нехай в області Поверхневі інтеграли визначено неперервну функцію Поверхневі інтеграли, яка в цій області має неперервну похідну Поверхневі інтеграли.

Розглянемо потрійний інтеграл


Поверхневі інтеграли.


У правій частині цієї рівності перший подвійний інтеграл запишемо за допомогою поверхневого інтеграла по зовнішній стороні поверхні Поверхневі інтеграли, а другий подвійний інтеграл – по зовнішній стороні поверхні Поверхневі інтеграли. Враховуючи кути між нормаллю Поверхневі інтеграли та віссю Поверхневі інтеграли, отримуємо


Поверхневі інтеграли.(13)


Аналогічно, припустивши, що функції Поверхневі інтеграли, Поверхневі інтеграли неперервні в області Поверхневі інтеграли, можна отримати формули

Поверхневі інтеграли,(14)

Поверхневі інтеграли.(15)


Додавши почленно рівності (13), (14) і (15), отримаємо формулу


Поверхневі інтеграли,(16)


яку називають формулою Остроградського-Гаусса. Ця формула справедлива і для довільної області Поверхневі інтеграли, яку можна розбити на скінченне число областей, для яких виконуються рівності (13) – (15).

За допомогою формули Остроградського-Гаусса зручно обчислювати поверхневі інтеграли по замкнених поверхнях.


4. Формула Стокса


Формула Стокса встановлює зв'язок між поверхневим і криволінійним інтегралами. Нехай Поверхневі інтеграли – поверхня, задана рівнянням Поверхневі інтеграли, причому функції Поверхневі інтеграли – неперервні в області Поверхневі інтеграли – проекції поверхні Поверхневі інтеграли на площину Поверхневі інтеграли; Поверхневі інтеграли – контур, який обмежує Поверхневі інтеграли, а Поверхневі інтеграли – проекція контуру Поверхневі інтеграли на площину Поверхневі інтеграли, тобто Поверхневі інтеграли – межа області Поверхневі інтеграли.

Виберемо верхню сторону поверхні Поверхневі інтеграли (рис. 8).


Поверхневі інтеграли

Рисунок 8 – Поверхня Поверхневі інтеграли


Якщо функція Поверхневі інтеграли неперервна разом із своїми частинними похідними першого порядку на поверхні Поверхневі інтеграли, то справедлива формула


Поверхневі інтеграли.(17)

поверхневий інтеграл формула стокс

Доведення

Перетворимо криволінійний інтеграл, який міститься у лівій частині рівності (17). Оскільки контур Поверхневі інтеграли лежить на поверхні Поверхневі інтеграли, то координати його точок задовольняють рівняння Поверхневі інтеграли, і тому значення функції Поверхневі інтеграли у точках контуру Поверхневі інтеграли дорівнюють значенням функції Поверхневі інтеграли у відповідних точках контуру Поверхневі інтеграли. Звідси випливає, що


Поверхневі інтеграли.


Застосовуючи до знайденого інтеграла формулу Гріна, отримаємо


Поверхневі інтеграли.

Тут підінтегральна функція дорівнює частинній похідній по Поверхневі інтеграли від складеної функції Поверхневі інтеграли.

Оскільки Поверхневі інтеграли – верхня сторона поверхні, тобто Поверхневі інтеграли (Поверхневі інтеграли – гострий кут між нормаллю Поверхневі інтеграли до поверхні Поверхневі інтеграли і віссю Поверхневі інтеграли), то нормаль має проекції Поверхневі інтеграли. Але напрямні косинуси нормалі пропорційні відповідним проекціям, тому


Поверхневі інтеграли,


Тоді


Поверхневі інтеграли


Отже,


Поверхневі інтеграли.


Аналогічно можна довести, що при відповідних умовах справедливі формули:


Поверхневі інтеграли;(18)

Поверхневі інтеграли.(19)

Додаючи почленно рівності (17), (18) і (19), отримуємо формулу


Поверхневі інтеграли,


яка називається формулою Стокса. За допомогою формули (8), яка пов'язує поверхневі інтеграли першого та другого роду, цю формулу можна записати так:


Поверхневі інтеграли(20)


Формула Стокса дає змогу обчислювати криволінійні інтеграли по замкнутих контурах за допомогою поверхневих інтегралів.

З формули Стокса випливає, що коли виконуються рівності


Поверхневі інтеграли,(21)


то криволінійний інтеграл по довільному просторовому замкненому контуру Поверхневі інтеграли дорівнює нулю:


Поверхневі інтеграли.(22)


А це означає, що в даному випадку криволінійний інтеграл не залежить від форми контура інтегрування.

Размещено на

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: