华中师范大学：《数学分析》课程PPT教学课件（讲稿）第十章（10.6）高斯公式通量与散度

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一、高斯公式 二、通量与散度 §10.6 高斯公式 通量与散度 首页 上页 返回 下页 结束 铃

、高斯公式 今定理1 设空间闭区域Ω是由分片光滑的闭曲面Σ所围成,函数 P(x,y,)、((x,y,z)、R(x,y,z)在Ω上具有一阶连续偏导数, 则有 aP OO OR c2++h=仟Pbub+Q+Rt, 或 aP OO 2 . +og+o y=R(Pcos+Acos B+Rcosr)dS y02 这里∑是Ω的整个边界的外侧,cosa、cos月、cosy是Σ在点 (x,y,z)处的法向量的方向余弦 页上页返回 页结束铃

首页 上页 返回 下页 结束 铃 一、高斯公式 定理证明 下页 ❖定理1 设空间闭区域是由分片光滑的闭曲面所围成 函数 P(x y z)、Q(x y z)、R(x y z)在上具有一阶连续偏导数 则有 这里是的整个边界的外侧 cos、cos、cos是在点 (x y z)处的法向量的方向余弦     = + +   +   +   dv Pdydz Qdzdx Rdxdy z R y Q x P ( )  或 dv P Q R dS z R y Q x P ( ) ( cos cos cos )     = + +   +   +      

例1利用高斯公式计算曲面积分手(x-)d+(y=)odk ∑ 其中Σ为柱面x2+y2=1及平面z=0,z=3所围成的空间闭区域的 整个边界曲面的外侧 AZ 解这里P=(y=z)x,Q=0,R=x-y, aP oO y-2 - =0 OR 由高斯公式,有 (x-y)d+(-=2 fo-adrxdyds 2丌 del pdpl(psin 0-z)dz 9丌 Q GAUs公式首页 上页返回 页结束铃

首页 上页 返回 下页 结束 铃 例 1 利用高斯公式计算曲面积分 (x− y)dxdy+(y−z)xdydz    其中为柱面x 2+y 2=1及平面z=0 z=3所围成的空间闭区域的 整个边界曲面的外侧 解 这里P=(y−z)x Q=0 R=x−y y z x P = −    =0   y Q  =0   z R  由高斯公式 有 (x− y)dxdy+(y−z)dydz   2 9 ( ) ( sin ) 2 0 1 0 3 0        = − = − =−      y z dxdydz d d z dz  2 9 ( ) ( sin ) 2 0 1 0 3 0        = − = − =−      y z dxdydz d d z dz  2 9 ( ) ( sin ) 2 0 1 0 3 0        = − = − =−      y z dxdydz d d z dz  Gauss公式

例2计算曲面积分(2o8+y2os8+2coss,其中 ∑为锥面x2+y2=2介于平面z-0及z=h(h>0)之 2∑ 间的部分的下侧,cosa、cosB、cos"是Σ上 h 点(x,y,z)处的法向量的方向余弦 解设∑1为z=h(x2+y2≤2)的上侧,为∑ 与∑所围成的空间闭区域,则 ∑+∑1 ∫(x2coa+y2cos+2cos)s==2=h小jl ∑ 21 因此(x2cosa+y2cos+=2cosy)dS=1mn4_m=-1mh4 GAUs公式首页 上页返回 页结束铃

首页 上页 返回 下页 结束 铃   +  (x cos + y cos +z cos )dS =2 (x+ y+z)dv 1 2 2 2    4 2 1 = >>> h  下页 例 2 计算曲面积分 (x cos y cos z cos )dS 2 2 2 +  +     其中 为锥面x 2+y 2=z 2介于平面z=0及z=h(h>0)之 间的部分的下侧 cos、cos、cos是上 点(x, y, z)处的法向量的方向余弦 设1为z=h(x 2+y 2h 2 )的上侧为 与1所围成的空间闭区域 则 解   +  (x cos + y cos +z cos )dS =2 (x+ y+z)dv 1 2 2 2    4 2 1 = h  因此 2 2 2 4 4 4 2 1 2 1 (x cos + y cos +z cos )dS = h −h =− h      +  (x cos + y cos +z cos )dS =2 (x+ y+z)dv 1 2 2 2    4 2 1 = h  因此 2 2 2 4 4 4 2 1 2 1 (x cos + y cos +z cos )dS = h −h =− h   因此  2 2 2 4 4 4 2 1 2 1 (x cos + y cos +z cos )dS = h −h =− h    而 2 2 2 2 2 4 1 1 1 (x cos+ y cos +z cos )dS = z dS =h dS =h       而  2 2 2 2 2 4 1 1 1 (x cos+ y cos +z cos )dS = z dS =h dS =h       而  2 2 2 2 2 4 1 1 1 (x cos+ y cos +z cos )dS = z dS =h dS =h       而  2 2 2 2 2 4 1 1 1 (x cos+ y cos +z cos )dS = z dS =h dS =h        Gauss公式

例3设函数(x,y,z)和v(x,y,z)在闭区域2上具有一阶及二阶连 续偏导数,∑是Ω的整个边界曲面,n是Σ的外法线方向,证明 ∫ △ dxdvdz ouo+ az )dxdydz 说明 符号△=++O称为拉普拉斯算子, Av=+2+ Gaus式首页 上页 返回 下页 结束

首页 上页 返回 下页 结束 铃 例3 设函数u(x, y, z)和v(x, y, z)在闭区域上具有一阶及二阶连 续偏导数 是的整个边界曲面 n是的外法线方向 证明 dxdydz z v z u y v y u x v x u dS n v u vdxdydz u ( )     +     +     −    =        说明: 符号 2 2 2 x y z  +   +   = 称为拉普拉斯算子 2 2 2 2 2 2 z v y v x v v   +   +    =  Gauss公式