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曲面积分中“补面法”的运用,大幅简化计算!

曲面积分中“补面法”的运用,大幅简化计算! 顺数人
2020-01-31
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导读:我们在计算曲线曲面积分时,通常会使用Green公式或者Guass公式简化计算但是有时公式会出现“失灵”的情况,即被积函数在积分区域内有“奇点”,所以通常的做法是在“奇点周围”包上一个合适的曲面(封闭曲
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关于“补面法”的一道例题


    我们在计算曲线曲面积分时,通常会使用Green公式或者Guass公式简化计算但是有时公式会出现“失灵”的情况,即被积函数在积分区域内有“奇点”,所以通常的做法是在“奇点周围”包上一个合适的曲面(封闭曲线),下面是有关例题。

(中科大2012数学分析第9题第2问) 中不通过原点的光滑封闭曲面, 上点 处的外单位法向量

试就原点在 所包围区域的外部或内部两种 情形计算曲面积分
其中 都是正数。

证明:计算的曲面积分为第一型曲面积分,我们可以转化为第二型曲面积分,

若原点在 包围区域的外部,由Gauss公式可得
其中 的内部区域;若原点在 包围区域的内部,取充分小的 ,记曲面 ,方向向内,曲面 ,方向向外, 则
再次利用Gauss公式可得

直接根据曲面积分的定义再结合Gauss公式,可得

其中 的内部区域, 直接计算可得
综上可得,若原点在 包围区域的外部,


若原点在 包围区域的内部,






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