13.5 第二型曲面积分
一、 有向曲面与曲面的侧
设曲面S是光滑曲面,
若存在这样一条闭曲线,当点M沿这条闭曲线移动后再回到点
通常遇到的曲面都是双侧曲面.例如,球面等封闭曲面是双侧曲面,具有外法线方向的一侧称为封闭曲面的外侧,具有内法线方向的一侧称为内侧(图13-5-3);又如,曲面
在双侧曲面上,只要选定了一点法线方向,侧曲面上所有的法线方向也随之确定.也就选定了曲面的一侧(正侧),如果改变法线方向,则曲面侧方向也改变,与正侧方向相反的侧方向称为是负侧方向.
若曲面
其方向余弦为
根号前面的符号正好确定了曲面的一侧.例如,选取“一”,
本章讨论的都是双侧曲面,对于规定了侧的双侧曲面称为有向曲面.
二、第二型曲面积分的定义
定义13.5.1 设曲面S是光滑的有向曲面,其正侧所对应的法线方向为
每个小曲面
其中
显然,我们可以取
若曲面S是封闭的有向曲面,则函数
由定义可知,流速为
必须注意,在第二型曲面积分的定义中的
三、 第二型曲面积分的性质
(1) 如果把S分成
(2) 设S是有向曲面,若将与S取相反侧的有向曲面记为
请读者自行证明这些性质.
四、 第二型曲面积分的计算
与第一型曲面积分类似,第二型曲面积分也可化为二重积分来计算.
定理13.5.1 设
其中,右边的正负号由有向曲面S上所指定的法线方向而定.当有向曲面S的正侧为上侧(下侧),即当曲面S上所指定的法线方向与z轴正向的夹角为锐角(钝角)时,上式右边取正(负)号.
类似地,当
当
五、 两类曲面积分的联系
定理13.5.2 第一类曲面积分和第二类曲面积分之间有关系式:
其中
典型例题:
例1. 计算
解:
而
因此
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