Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Матан - шпоры.docx
Скачиваний:
15
Добавлен:
26.04.2019
Размер:
1.98 Mб
Скачать

§9. Площадь поверхности

Р ассмотрим регулярную поверхность , заданную уравнением , где . Разобьём данную поверхность на элементы , где . Обозначим - диаметр наименьшего шара, в который можно вписать участок .

Обозначим и назовём его диаметром разбиения.

Выберем на каждом участке точку и проведём через эту точку касательную плоскость к поверхности .

Обозначим эти плоскости . Ортогональную проекцию участка на плоскость обозначим . Ортогональная проекция - это плоская фигура. Её площадь обозначим и составим сумму:

, (1)

где – полная площадь поверхности .

Площадью назовём предел суммы (1) при , причём этот предел не должен зависеть ни от способа разбиения поверхности на участки, ни от выбора точек .

Теорема: Площадь регулярной поверхности, заданной уравнением , где может быть вычислена по формуле:

.

где для регулярной поверхности всегда выполняется равенство .

Доказательство.

Разобьём поверхность на участки , и на каждом участке выберем точки . Так как поверхность регулярная, то через можно провести касательную плоскость и выбрать систему координат таким образом, чтобы оси OX и OY лежали в касательной плоскости, точка O совпадала с , а ось была перпендикулярна плоскости. Тогда в данной локальной системе координат уравнение участка поверхности можно записать в параметрическом виде:

.

А теперь спроектируем на касательную плоскость. Получим фигуру , её уравнения в данной системе координат имеют следующий вид:

,

где . Площадь этой фигуры:

.

Переходя к координатам , имеем:

,

где при . Окончательно получаем:

,

где - площадь поверхности . Следовательно, вся площадь равна:

.

Переходя к пределу, когда получим:

.

Так как (так как при ) , то последний предел идёт в ноль.

Следовательно, площадь поверхности равна:

,

что и требовалось доказать.

В §10 мы записали, что

.

Очевидно, что

.

Исходя из этого, получаем:

.

Если поверхность задана в виде , где , тогда (§10) , , . Следовательно, имеем:

.

Функцию можно представить в векторном виде следующим образом:

.

Вектор нормали к поверхности имеем вид . Запишем направляющие косинусы этого вектора:

, , .

Следовательно:

,

где - угол между нормальным вектором и осью .

Отсюда следует, что если поверхность задана уравнением , где , то её площадь можно найти по формуле: .

§10. Поверхностный интеграл первого рода: определение, физический смысл, теорема о среднем.

Рассмотрим регулярную поверхность . Вектор представим в следующем виде:

.

Пусть E,F,G - коэффициенты первой квадратичной формы данной поверхности, и пусть в каждой точке поверхности определена непрерывная функция . Обозначим данную поверхность .

Поверхностным интегралом первого рода называют:

. (1)

Физический смысл поверхностного интеграла первого рода.

Пусть на поверхности  распределена масса, плотность которой является функцией . Тогда сумма приближённо равна массе этой поверхности, а переходя к пределу получим массу поверхности, то есть:

.

С помощью поверхностного интеграла первого рода можно находить координаты центра масс, момент инерции материальных поверхностей с плотностью .

Координаты центра масс:

,

,

.

Момент инерции:

,

,

.

Свойства поверхностного интеграла первого рода следуют согласно определению (1) из свойств двойного интеграла. А также: если поверхность состоит из нескольких поверхностей , (причём ) то в этом случае:

.

Теорема о среднем: пусть существует поверхностный интеграл первого рода ,тогда:

Существует k [inf(f) , sup(f)] такой что : k*S;

Интегральное среднее: k=