Перейти к содержанию

Поверхностные интегралы

Математика Алгебра Сложность 2/5

Начало урока

Поверхностные интегралы — первого и второго рода

Общая картина: Вы уже умеете интегрировать вдоль кривых (криволинейные интегралы). Теперь мы поднимаемся на одну размерность выше: интегрируем по поверхностям, расположенным в трёхмерном пространстве. Возникают два варианта — один взвешивает поверхность скалярной плотностью (первый род), а другой измеряет, какая часть векторного поля проходит сквозь поверхность (второй род, называемый потоком).

1Первый род — скалярные поверхностные интегралы

1.1 Знакомая схема

Представьте тонкую изогнутую оболочку — абажур, купол, кусочек яичной скорлупы — с известной поверхностной плотностью массы $\sigma(x,y,z)$ (масса на единицу площади). Чтобы найти полную массу оболочки, нужно просуммировать $\sigma\,dS$ по каждому маленькому кусочку поверхности. Это в точности та же схема, которую вы уже встречали четыре раза:

ОбъектТип плотностиЭлементИнтеграл даёт
Проволока (1-D)линейная $\lambda$$ds$$\int_C \lambda\,ds$
Плоская пластина (2-D)поверхностная $\sigma$$dA$$\iint_R \sigma\,dA$
Твёрдое тело (3-D)объёмная $\rho$$dV$$\iiint_E \rho\,dV$
Изогнутая оболочка (2-D в 3-D)поверхностная $\sigma$$dS$$\displaystyle\iint_S \sigma\,dS$

Единственный новый ингредиент — это элемент площади поверхности $dS$ — всё остальное построение повторяет ту же самую схему.

1.2 Параметрическое задание поверхности

Вспомните из курса отображений: параметрическая поверхность — это функция

$$\mathbf{r}(u,v) = \bigl\langle x(u,v),\; y(u,v),\; z(u,v)\bigr\rangle, \qquad (u,v)\in D\subseteq\mathbb{R}^2$$

Продолжите этот урок на YourAIZone

В полном уроке — объяснение целиком, разобранные примеры, частые ошибки, тесты с мгновенной проверкой и ИИ-репетитор. Начните сразу как гость или создайте аккаунт, чтобы сохранять прогресс.

В полном уроке

  • Объяснение целиком
  • Разобранные примеры
  • Частые ошибки и как их избежать
  • Тестовые вопросы: 15
  • ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы по теме
  • Отслеживание прогресса для ученика, родителей и учителя