曲面面积
曲面表面的面积
曲面面积(area of a surface)是指曲面表面的面积。把光滑曲面S分成没有公共内点的n块S1,... , Sn,且每一块仍是光滑曲面,在每个S上取一点P,过P作S的切平面T,将s投影到T上,所有这些投影的面积之和的极限(当所有S的直径趋于零时)如果存在,就是曲面S的面积,对有界简单光滑曲面而言,这样的极限总是存在的,而且与曲面的光滑等价的参数表示的选择无关。
基本介绍
设空间有界曲面 为
其中 是 在 面上的投影区域, 在 上具有连续的偏导数,下面讨论曲面的面积的计算问题。
现用平行于x轴和y轴的两组平行直线分割投影区域 ,任取其中的一块记作 ,其面积也记作 ,则当 的直径很小时, 表示以 的边界为准线母线平行于z轴的柱面截得的曲面 上的那部分,设 是 上的任一点,根据条件,曲面 在点P处有切平面,则可用柱面截得切平面上的那一小片平面的面积dS近似地代替 的面积 ,则
其中, 是切平面与 面的夹角,也就是切平面的法向量n与 面的法线 轴的夹角,由曲面 的方程可知
所以
代人式(1)得
则曲面的面积微元为
将dS在投影区域 上积分,便得计算曲面面积的二重积分公式
如果所求曲面的方程用 或 表示比较方便,则同理可将曲面分别投影到 面或 面,类似地可得相应曲面的面积计算公式,分别为
其中, 分别为曲面 在yOz面或zOx面上的投影区域。
例题解析
例1 证明球面 的表面积为。
解: 由对称性,取上半球面方程为 ,它在xOy面上的投影区域为
由式(2)得
例2 求抛物面位于之间的那一部分的面积。
解: 曲面在xOy面上的投影区域,由式(2),得
参考资料
最新修订时间:2024-09-24 09:58
目录
概述
基本介绍
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