D114对面积曲面积分(III)

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1、第四节一、对面积的曲面积分的概念与性质二、对面积的曲面积分的计算法对面积的曲面积分一、对面积的曲面积分的概念与性质引例:设曲面形构件具有连续面密度类似求平面薄板质量的思想,采用可得求质“大化小,常代变,近似和,求极限”的方法,量M.其中,表示n小块曲面的直径的(曲面的直径为其上任意两点间距离的最大者).最大值定义:设为光滑曲面,“乘积和式极限”都存在,的曲面积分其中f(x,y,z)叫做被积据此定义,曲面形构件的质量为曲面面积为f(x,y,z)是定义在上的一个有界函数,记作或第一类曲面积分.若对做任意分割和局部区域任意取点,则称此极限为函数f(x,y,z)在曲

2、面上对面积函数,叫做积分曲面.则对面积的曲面积分存在.•对积分域的可加性.则有•线性性质.在光滑曲面上连续,对面积的曲面积分与对弧长的曲线积分性质类似.•积分的存在性.若是分片光滑的,例如分成两片光滑曲面定理:设有光滑曲面f(x,y,z)在上连续,存在,且有二、对面积的曲面积分的计算法则曲面积分证明:由定义知而(光滑)说明:可有类似的公式.1)如果曲面方程为2)若曲面为参数方程,只要求出在参数意义下dS的表达式,也可将对面积的曲面积分转化为对参数的二重积分.(见本节后面的例4,例5)例1.计算曲面积分其中是球面被平面截出的顶部.解:思考:若是球面被平

3、行平面z=±h截出的上下两部分,则例2.计算其中是由平面坐标面所围成的四面体的表面.解:设上的部分,则与原式=分别表示在平面例3.设计算解:锥面与上半球面交线为为上半球面夹于锥面间的部分,它在xOy面上的投影域为则思考:若例3中被积函数改为计算结果如何?例4.求半径为R的均匀半球壳的重心.解:设的方程为利用对称性可知重心的坐标而用球面坐标思考题:例3是否可用球面坐标计算?例5.计算解:取球面坐标系,则例6.计算其中是球面利用对称性可知解:显然球心为半径为利用重心公式例7.计算其中是介于平面之间的圆柱面分析:若将曲面分为前后(或左右)则解:取曲面面积元素两

4、片,则计算较繁.例8.求椭圆柱面位于xOy面上方及平面z=y下方那部分柱面的侧面积S.解:取例9.设有一颗地球同步轨道通讯卫星,距地面高度h=36000km,运行的角速度与地球自转角速度相同,试计算该通讯卫星的覆盖面积与地球表面积的比.(地球半径R=6400km)解:建立坐标系如图,记覆盖曲面的半顶角为,利用球面坐标系,则卫星覆盖面积为故通讯卫星的覆盖面积与地球表面积的比为由以上结果可知,卫星覆盖了地球以上的面积,故使用三颗相隔角度的通讯卫星就几乎可以覆盖地球全表面.说明:此题也可用二重积分求A.内容小结1.定义:2.计算:设则(曲面的其他两种情况类似)注意利

5、用球面坐标、柱面坐标、对称性、质心公式简化计算的技巧.思考与练习P217题1；3；4(1);7解答提示:P217题1.P217题3.设则P244题2P217题4(1).在xOy面上的投影域为这是的面积!P218题7.如图所示,有P244题2.限中的部分,则有().(2000考研)作业P2174(3);5(2);6(1),(3),(4);8备用题1.已知曲面壳求此曲面壳在平面z=1以上部分的的面密度质量M.解:在xOy面上的投影为故2.设是四面体面,计算解:在四面体的四个面上同上平面方程投影域同上平面方程投影域