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高等数学:曲面积分的概念与性质

【摘要】:在本章第一节的质量问题中,如果把曲线改为曲面,并相应地把线密度ρ(x,y)改为面密度ρ(x,y,z),小段曲线的弧长Δsi改为小块曲面的面积ΔSi,而第i小段上面的一点(ξi,ηi)改为第i小块曲面上的一点(ξi,ηi,ζi),那么在面密度为ρ(x,y,z)连续的前提下,所求的质量M就是下列和的极限:其中λ表示n小块曲面的直径的最大值.抽去它们的具体意义,就得出对面积的曲面积分的概念.定义1 设曲

在本章第一节的质量问题中,如果把曲线改为曲面,并相应地把线密度ρ(x,y)改为面密度ρ(x,y,z),小段曲线的弧长Δsi改为小块曲面的面积ΔSi,而第i小段上面的一点(ξi,ηi)改为第i小块曲面上的一点(ξi,ηi,ζi),那么在面密度为ρ(x,y,z)连续的前提下,所求的质量M就是下列和的极限:

其中λ表示n小块曲面的直径的最大值.

抽去它们的具体意义,就得出对面积的曲面积分的概念.

定义1 设曲面Σ是光滑的,函数f(x,y,z)在Σ上有界.把Σ任意分成n小块ΔSi(ΔSi同时代表第i小块曲面的面积),设(ξi,ηi,ζi)是ΔSi上任意取定的一点,作乘积f(ξi,ηi,ζi)ΔSi(i=1,2,3,…,n),并作和.如果当各小块曲面的直径的最大值λ→0时,和的极限总存在,则称此极限为函数f(x,y,z)在曲面Σ上对面积的曲面积分或第一类曲面积分,记作,即

其中f(x,y,z)叫作被积函数,Σ叫作积分曲面.(www.chuimin.cn)

当f(x,y,z)在光滑曲面Σ上连续时,对面积的曲面积分是存在的.下面的讨论中均假设f(x,y,z)在Σ上连续.

根据上述定义,面密度为连续函数ρ(x,y,z)的光滑曲面Σ的质量

如果Σ是分片光滑的,规定函数在Σ上对面积的曲面积分等于函数在各光滑的片曲面上对面积的曲面积分之和.例如,设Σ可分成两片光滑曲面Σ1及Σ2(记作Σ=Σ12),就规定

由对面积的曲面积分定义可知,它具有与对弧长的曲线积分相类似的性质,这里不再赘述.