Поверхностный интеграл II рода
Пусть – гладкая поверхность, на которой выбрана одна из двух сторон, определяемая направлением нормали , функция непрерывна в каждой точке поверхности . Разбив произвольным образом поверхность на поверхностей и выбрав на каждой из них произвольно точку , построим интегральные суммы:
где – площади проекций поверхностей на соответствующие координатные плоскости. Тогда пределы:
называются поверхностными интегралами по координатам, или поверхностными интегралами II рода.
Сумма интегралов:
обозначается как поверхностный интеграл
Если поверхность замкнутая, то обозначают
Поверхностный интеграл II рода обладает свойствами, аналогичными свойствам интеграла I рода, за исключением одного: при изменении стороны поверхности поверхностный интеграл II рода меняет свой знак, например:
где и стороны поверхности .
Вычисление поверхностных интегралов II рода
Пусть – уравнение поверхности и пусть однозначно проецируется в область на плоскость , тогда:
где знак «+» берется в том случае, если на выбранной стороне поверхности , и знак «-», если
– угол между нормалью к поверхности и осью .
Аналогично,
где
– уравнение поверхности
– проекция поверхности на плоскость
Знак «+» берется, если , и знак «-» - если
– угол между нормалью к поверхности и осью
Аналогично:
где
– уравнение поверхности
– проекция поверхности на плоскость
Знак «+» берется, если , и знак «-» - если
– угол между нормалью к поверхности и осью
Зависимость между поверхностными интегралами I и II рода
Зависимость между поверхностными интегралами I и II рода выражается формулой:
где – направляющие косинусы нормали к выбранной стороне поверхности . Если поверхность задана уравнением , то
где знак перед дробью выбирается в зависимости от стороны поверхности.
Примеры решения задач
Задача 1
Вычислить интеграл
где поверхность представляет собой верхнюю сторону треугольника с вершинами в точках и .
Решение
Уравнение поверхности интегрирования имеет вид
Нормаль составляет острый угол с осью , тупой угол с осью и острый угол с осью .
Разобьем данный поверхностный интеграл по координатам на три слагаемых интеграла:
и вычислим каждый из них.
Для вычисления первого интеграла из уравнения поверхности выразим и подставим в интеграл. Учитывая, что , выбираем знак «+», следовательно:
Для второго интеграла, учитывая, что и , получим:
Для третьего интеграла, учитывая, что и , получим:
Искомый интеграл равен:
Ответ:
Задача 2
Вычислить интеграл
где – внешняя сторона сферы
Решение
На сайте можно заказать решение задач, контрольных, самостоятельных, домашних работ (возможно срочное решение). Для этого вам нужно только связаться со мной:
Телеграм @helptask
ВКонтакте (vk.com/task100)
WhatsApp +7 (968) 849-45-98
Мгновенная связь в любое время и на любом этапе заказа. Общение без посредников. Удобная и быстрая оплата переводом на карту. Опыт работы более 25 лет.
Подробное решение в электронном виде (docx, pdf) получите точно в срок или раньше.
Из уравнения сферы найдем
причем знак «+» соответствует верхней полусфере, а знак «-» нижней. Разобьем интеграл на сумму интегралов по верхней и нижней полусферам:
Переходя к полярным координатам, получаем:
Ответ: