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文档简介
(Stokes定理StokesSL是分段光滑曲线,S的侧L的正向符合右手法则,PQR在包含S在内的一个空间域内具有连续一阶偏导数,则有¶R-¶Qdydz+¶P-¶Rdzdx+¶Q-¶Pdxd
¶z ¶x ¶yS n=GPdx+Qdy+Rd L
S:z=fx,y x,y˛界曲线L在xOy的投影为有向曲线C。为此先证
znzn•Lox
dzdx-
dxd
=L1+f1+f2+fxy
,cosb
f
,cosg 1+1+f2+fxy1+f2+fxy
=-cosfx=-cosg
¶Pdzdx-¶Pdxdy
-¶Pcosgd
S= ¶P+¶Pfcosgd =
y
fydxd
=-¶Px,y,, =CP(x,y,z(x,y))dx=L
QdyL
=
¶Qdxdy-
dydRdx S L ¶R-¶Qdydz+¶P-¶Rdzdx+¶Q-¶Pdxd
¶z ¶x ¶yS =GPdx+Qdy+Rd=¶R-¶Qcosa+¶P-¶Rcosb+¶Q-¶Pcosbd
¶z ¶x ¶y S dyddzddyddzddxd¶PQRS =Pdx+Qdy+S ¶Rdydz=¶R ¶¶¶PQR或用第一类曲面积分表示¶¶¶PQR dS=Pdx+Qdy+ 例1.利 计算积分Gzdx+xdy+yd zdx+xdy+ydddyddzddxd¶¶¶zxy=S
zΓo x=¶y-¶xdydz+¶z-¶ydzdx+¶x-¶zdxd
S zΓoDxy1x=dydz+dzΓoDxy1xS
+1dxd
z=1-x-D =111dxd =3dxdy=
11例2.G为柱面x2+y2=2y与平面y=z的交线 为顺时针,计算I=G dx+xydy+xzdz2解:设为平面z=y上被G所围椭圆域 cosb=1,cosg=- cosacosb xI=
d¶ ¶ ¶d y2
xy 122cosacosb122
I=
¶ ¶
d¶ d
,cosg=- y2
xy =
z-¶xy
¶y2
¶xz
¶xy
¶y2cos ¶y
+¶z-
+ -¶y d zcosys2=1 y-zdS=2z例3.利用 -z2x+2-x2y+2-y G 其中Gxyz
V=x,y,z)0£x£1,0£y£1,0£z£1}解:取平面x+y+z= 2
1,1, 3
2 3
2-z2x+2-x2y+2-y2z=
d S
-
z2-
x2-=
d
cosa=cosb=cosg=133132 33Sy2-z2
z2-
x2-
SS=6
2 cosa+ d¶x2¶z2 y2¶x2 ¶ cosa+ d 3=-2+z+z++z+333=-4(x+y+zdS=-43d334343
43S43S S=-
23=-328.5 x,=x,ix,x,
S可知,单位时间通过曲面SSF=Pdydz+Qdzdx+RdxdSF=(Pcosa+Qcosb+RcosgdS v SF=Pdydz+Qdzdx+RdxdSSS当F0时说明流入S的流体质量少于流出的,表明S内有泉;当F=0时,说明流入与流出S的流体质量相等。 ,流量也可表为F=
+
+
dxdyd W ¶zSM为了揭示场内任意点M处的特性, 方向向外的任一闭曲面, 记S所围域为W, SM d点M(记作W d F=
1
+
+
dxdWfiM WfiM
W
¶z+¶,h,z+
,h,z+
R,h,z
1
dxdydWfiM
¶y
=¶P+¶Q+¶R
h,zW
M
Ax,=x,ix,x,
r, An0d,S
rdivA
rrAn0dS= 说明:由引例可知散度是通量对体积的变化率divA0表明该点处无源,r例如
vvvvvv为常数r rdivv=例1A(xyz)=(xyyexPxyQ=yex
求A(xyz)在点(01r|
¶P+¶Q+¶R=y++ +=1+102divA(r例2.置于原点,电量为q的点电荷产生的场强(rrx2+y2x2+y2+z
q E= r= x,y,
r
,r„0)¶x+¶y+¶z divE=q¶x 3
3 3 r2r2-r5
r2-3zr5+rr2-3zr5r53r2-3r= r5
= (
„0) r,
rotA=
-¶z ¶z
¶x
-¶y
¶¶ ¶y SrotAndS=At0d
Pdx+Qdy+Rdz=
At0d
wr=,0,w
r=x,y,z
M xv=·r
=wy,wx,rotv
¶¶¶¶y-ww0¶¶¶¶y-ww0例3.求向量场A(xyz)=(x2yzxy2zxyz2
ijk¶¶¶ijk¶¶¶ rotA=xz2-xy2,x2y-yz2,y2z-x2z
33,0i qxrEq=j¶qyrrk¶zqzrotE=rotE=例5
A=2y,3x,z2
:
+
+z2
4n为
计算ISrotAndS rotAr
¶¶
=0,0,cosa\I=ScosgdS=2dxdy=x2+y2+x2+y2+ uurdivgradr=;rotdr= r- z ¶x
r2-提示:gradr
¶xr
= r ¶y
r2-y2
¶z
r2-z
r
(r3 (
r r3
divgrad
r2-x2
r2-+
r2- =+ =0rrrijkuur ¶¶rot0rrrijkuur ¶¶rotdr=xyzrrrA(xyzxyrdivAM=
A(xyzxy =r
F0,0mg, ¶mg
divF=0+0 =
rotF=A(xyzxy
如果存在函数u(xy(xyz)∈V
A=¶x,¶y,¶z r
rotA= A2yi2xj证
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