曲线积分和曲面积分
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定积分、二重积分、三重积分、曲线和曲面积分统称为黎曼积分,是高等数学研究的热点。定义了定积分、二重积分、三重积分、曲线积分和曲面积分的划分、逼近、求和、极值等概念。最后,将它们简化为特定结构和公式的限制。定义可以用统一的形式给出:
从上述积分的概念形式和计算方法来看,定积分的积分区域是线性的,二重积分的区域是平坦的,三重积分的区域是主体。上述三种积分的概念、性质和计算方法是相似的,在逼近过程中,得到的点是积分曲线或积分曲面上满足曲线或曲面方程的点。因此,曲线和曲面积分转化为定积分或二重积分的方法可以用来计算曲线和曲面积分。
曲面积分的形式如下:
\begin{equation*}\int{S}\stackrel→{F}·d\overArrowRow{a}\end{equation*}
这意味着在向量场中,我们需要对向量场中的曲面s进行积分,D/stacklel→{a}表示曲面上任何一点垂直于Δs方向的方向向量(Δs代表微分曲面上的任何点),即它只代表一个方向。二者之间的数学关系是点乘,点乘的结果是矢量在垂直于Δs方向(即右箭头
{a})上任何一点的分量向量。最后,利用{f}·D{a}对整个曲面进行积分,即不断增加曲面上每个点的点乘结果。求某向量场中曲面s上垂直于Δs方向的所有子向量之和。
换句话说,曲面积分表示向量场{f}与曲面s相交的程度,因此,它也被生动地称为通量。
在这里,我们可以说明为什么麦克斯韦方程组的积分形式的二重积分也被称为电通量和磁通量。
根据点乘的几何定义,由于{f}与{a}D/stacklel→{a}之间存在点积
\超右箭头{a}·\overarrowRow{b}=|\overarrow{a}| | \\ overArrowRow{b}| cos\theta\qquad(0≤\theta≤\pi)
如果stacklel→{f}与s平行,则所有向量的方向垂直于{overarrowRow}的{a},则cos <theta=cos(<pi/2)=0,其中点积为0,表面积为0。