Розв’язок. Нехай радіус
сфери R. В центрі сфери розмістимо
прямокутну декартову систему координат. Тоді її рівняння буде . Який завгодно діаметр сфери буде її віссю
симетрії, а тому за фіксований візьмемо діаметр, який співпадає з віссю Оу,
рис. 10.5. Квадрат віддалі довільної точки
від
вісі Оу буде
. За умовою ця функція є
поверхнева густина, а тому маса сфери буде
. Маса
кожного із вісьми сегментів сфери, які розміщаються в кожному із вісьми
|
октантів буде однакова, а тому доцільно
обчислити її при , тобто для першого октанту.
Згідно з (10.7) маємо
.
– це косинус кута між віссю Oz та векторм нормалі до поверхні
, в нашому випадку
.
Знайдемо вектор нормалі
. Для сфери це буде
. Напрямний
Рис.10.5.
вектор вісі Оz
, а косинус кута між цими векторами
знаходимо
з скалярного добутку
. Замінимо
, підставимо в інтеграл і одержимо
. Областю інтегрування є чверть круга
при
.
Границі інтегрування в подвійному інтегралі очевидні
Відп. (одиниць
маси)
Обчислити поверхневі інтеграли по координатах (інтегрли ІІ-го типу).
П.3. , де S – зовнішня сторона піраміди утвореної
площинами
.
Розв’язок. Зовнішня сторона піраміди, див.
рис.10.4, (як, до речі, і внутрішня) складається з чотирьох поверхонь її
граней. Крім точки , вершинами піраміди будуть точки
перетину площини
з вісями координат
. Обчислення інтегралу заданого за умовою
перетвориться в обчислення читирьох інтегралів по чотирьох частинах поверхні
. Запишемо рівняння цих поверхонь і
поведінку змінних та їх диференціалів на цих поверхнях.
: рівняння
; змінюються всі змінні
;
.
: рівняння
; змінюються лише координати х і z.
;
.
: рівняння
; змінюються лише координати х і у.
;
.
: рівняння
; змінюються лише координати z і у.
;
.
Обчислимо інтеграл по кожній з поверхонь.
. Зрозуміло за умовою
на яку координатну площину який доданок проектується і яка змінна повинна виражатись
через інші. Всі області мають однаковий вид – рівнобедрені прямокутні
трикутники, а тому далі:
. Інтеграли
відрізняються один від одного лише видом змінних, тому за величиною вони
однакові. Обчислимо перший.
.
буде втричі більший, тобто
.
Приступимо до обчислення . Проектувати цю поверхню нікуди не треба
бо вона вже лежить на координатній площині
. ЇЇ
проекції на інші координатні площини є відрізками ОА і ОВ, які не мають площі.
Через те із трьох інтегралів
два перших
дорівнюють нулю із-за рівності нулю площі областей інтегрування, а третій при
обчисленні також дасть нуль бо в цій області у=0. По двох інших
областях одержимо такий же результат і з тих же самих причин.
Відповідь. 1/8.
П.4. , де S – додатня сторона нижньої половини сфери
.
|
Розв’язок. Обчислювати
інтеграл будемо використовуючи проектування поверхні S на площину хОу (на це нас прирікає умова, де під інтегралом стоїть ). При проектуванні одержимо область
– круг
,
рис.10.6. Рівняння нижньої частини сфери в яному виді буде
. Кут
– між
віссю Оz і нормаллю, для всієї
нижньої півсфери буде тупий, а тому
.
При обчисленні цього подвійного
інтегралу, зважаючи
Рис.10.6. на круглу область і наявність в функції
виразу , доцільніше перейти до полярної системи
координат
.Далі одержимо
Внутрішній інтеграл обчислимо за допомогою
рідстановки
Підставимо значення внутрішнього інтегралу і обчислимо зовнішній інтеграл
.
Відповідь. .
10.4. Теорема і формула Стокса
.
Для поверхневих інтегралів має місце формула, аналогічна формулі. Гріна, яка дозволяє звести обчислення інтеграла по поверхні S до обчислення криволінійного інтегралу по контуру L, що обмежує цю поверхню.
Теорема. Нехай функції неперервні
разом зі своїми частинними похідними в деякій тривимірній області. Тоді для
будь-якої гладкої поверхні S, що лежить у цій області, має місце формула
(10.10)
де напрямні
косинуси нормалі до поверхні S, а L-границя поверхні.
Ця формула називається формулою Стокса.
|
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.