曲面积分高斯公式问题这6道题中有哪两题是高斯补面类型题目,就2题是,请大神指教是哪两题,不用做了,请大神告诉我哪两题是用
2个回答

只有第四第五题要补面,第六题可挖去奇点后用高斯公式.

曲面积分的符号上有圈圈的是封闭区域,可以直接用高斯公式,不是封闭的就要补面.

1.不用补面

∫∫Σ x²dydz + y²dzdx + z²dxdy

= ∫∫∫Ω (2x + 2y + 2z) dV

= ∫(0→a) dx ∫(0→a) dy ∫(0→a) 2(x + y + z) dz

= 3a⁴

2.不用补面

∫∫Σ xdydz + ydzdx + zdxdy

= 3∫∫∫Ω dV

= 3 * π * 9 * 3

= 81π

3.不用补面

∫∫Σ xzdydz + x²ydzdx + y²zdxdy

= ∫∫∫Ω (z + x² + y²) dV

= ∫(0→π/2) dθ ∫(0→1) r dr ∫(0→r²) (z + r²) dz

= π/8

4.补面Σ1:z = 0取下侧

∫∫(Σ+Σ1) (x³ + az²)dydz + (y³ + ax²)dzdx + (z³ + ay²)dxdy

= ∫∫∫Ω (3x² + 3y² + 3z²) dV

= 3∫(0→2π) dθ ∫(0→π/2) sinφ dφ ∫(0→a) r⁴ dr

= 3 * 2π * 1 * a⁵/5

= (6/5)πa⁵

∫∫Σ1 (x³ + az²)dydz + (y³ + ax²)dzdx + (z³ + ay²)dxdy

= a∫∫Σ1 y² dxdy

= (- a/2)∫∫D (x² + y²) dxdy

= (- a/2)∫(0→2π) dθ ∫(0→a) r³ dr

= (- a/2)(2π)(a⁴/4)

= - πa⁵/4

∴I = (6/5)πa⁵ + πa⁵/4 = (29/20)πa⁵

5.法向量与z轴正向夹角为锐角 ==> 曲面内测

补面Σ1:z = 1取下测

∫∫(Σ+Σ1) (2x + z)dydz + zdxdy

= - ∫∫∫Ω (2 + 1) dV

= - 3∫(0→2π) dθ ∫(0→1) r dr ∫(r²→1) dz

= - 3 * 2π * ∫(0→1) (r - r³) dr

= - 6π * (r²/2 - r⁴/4):(0→1)

= - 6π * (1/2 - 1/4)

= (- 3/2)π

∫∫Σ1 (2x + z)dydz + zdxdy

= ∫∫Σ1 dxdy

= - ∫∫D dxdy

= - π

∴I = - 3π/2 + π = - π/2

或者直接用曲面积分的方法:

∫∫Σ (2x + z)dydz + zdxdy

= ∫∫D [- P * ∂z/∂x - Q * ∂z/∂y + R] dxdy

= ∫∫D [- (2x + x² + y²)(2x) + x² + y²] dxdy

= ∫∫D (- 4x² - 2x³ - 2xy² + x² + y²) dxdy

= ∫∫D (- 3x² + y²) dxdy

= - ∫∫D (x² + y²) dxdy

= - ∫(0→2π) dθ ∫(0→1) r³ dr

= (- 2π)(1/4) = - π/2

6.不用补面,但是要避开奇点(0,0,0)

设Σ1:x² + y² + z² = r²,半径r趋向0,取内测

∫∫(Σ+Σ1) (xdydz + ydzdx + zdxdy)/(x² + y² + z²)^(3/2) = 0

∫∫Σ1 (xdydz + ydzdx + zdxdy)/(x² + y² + z²)^(3/2)

= 1/(r²)^(3/2) * ∫∫Σ1(内测) xdydz + ydzdx + zdxdy

= (1/r³)[∫∫Σ1 x dydz + ∫∫Σ1 y dzdx + ∫∫Σ1 z dxdy]

∫∫Σ1 x dydz

= ∫∫[x = - √(r² - y² - z²)前侧] x dydz + ∫∫[x = √(r² - y² - z²)后侧] x dydz

= ∫∫D - √(r² - y² - z²) dydz - ∫∫ √(r² - y² - z²) dydz

= - 2∫(0→2π) dθ ∫(0→r) √(r² - ρ²)ρ dρ

= - 4π * (- 1/2) * (2/3)(r² - ρ²)^(3/2):(0→r)

= - 4π * (- 1/3)(- r³)

= - 4π/3 * r³

三个加起就是- 4πr³

于是I = ∫∫(Σ+Σ1) - ∫∫Σ1 = 0 - (1/r³)(- 4πr³) = 4π

PS:三组偏导数都相等,曲面积分的结果与曲面无关,因此过程中没用过曲面的方程Σ

而选用了小圆的方程Σ1