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10.7 高斯公式与斯托克斯公式 ​

高斯公式 ​

CAUTION

必考点。

在格林公式的基础上推广到曲面积分,则有高斯公式:

分片光滑曲面 围成闭合区域 , 具有一阶连续偏导数,则有

例 1

设 表示圆柱体 整个表面的外侧,求:

  1. 设 表示改圆柱侧面的外侧,求

1.

因此有

2. 设上底面上侧为 ,下底面下侧为 。

有 ,。因此有

有 ,。同理有

则有

斯托克斯公式 ​

将曲线积分转化为曲面积分的方法,用得不多。

设 是以 为边界的空间曲面,分段 / 分片光滑,曲线正向与曲面上侧符合右手规则

例 2

设 是柱面 和平面 的交线,从 轴正向往负向看去为逆时针方向,求曲线积分


法 1:直接用极坐标求解。

设 ,则平面可表示为 。则有


法 2:利用斯托克斯公式,则

根据几何意义, 是 在 上的投影面积:

投影为一条线段,有 。

是 在 上的投影面积。要在方程中消去 。

投影为一个半径为 的圆,有 。

综上,。