TOP16【毕业设计】Gauss公式的应用.doc文档免费在线阅读

，利用矢性微分算子，高斯公式又可写成在普通物理学中，应用高斯公式可以简洁明了地证明些重要的结论下面我们就用它来推证著名的阿基米德浮力定律和静电场的高斯定理阿基米德浮力定律在普通物理的教科书中，般对阿基米德浮力定律都不作严格的数学证明，仅对它作个说明下面我们根据重力场中静止流体的压强分布，应用高斯公式给出个证明如图所示，物体浮在液面上，液体表面的平面把浮体表面的封闭曲面分为两部分和，也把整个浮体分为两部分其中浮在液面上的那部分为，浸没在液体中的那部分为的外法线方向在曲面处与的外法线方向相同，而在曲面处则与曲面外法线方向相反于是有场论中的个基本公式，它建立了空间区域上的体积分与其边界曲面上的面积分之间的关系，即在物高斯公式在普通物理中的作用数学中的高斯公式是所围成的闭区域解的边界外侧曲面由四部分构成，，，令则，由高斯公式，原式积分化为三重积分问题，而对三重积分化为曲面积分计算，鲜有提及其实利用高斯公式求三重积分在些场合还是有其便捷独到之处的例求积分区域是由双曲抛物面及平面则原式高斯公式在三重积分计算中的应用高斯公式是联系空间闭区域上的三重积分与其边界曲面上的曲面积分之间的纽带，但多数教科书中利用高斯公式解题时往往只提将曲面是闭曲面，本题不能直接用高斯公式添加辅助曲面补成闭曲面补的圆取下侧为正向，于是得到应用第二型曲面积分计算空间区域的体积公式例，其中是上半球面的外侧解由于不若高斯公式中，则有其中是边长的正立方体表面并取外侧解应用高斯公式，所求曲面积分等于其中是由分片光滑的闭曲面所围成，在上具有阶连续偏导数例计算则不能直接运用高斯公式此时可考虑用添加辅助曲面的方法将积分曲面补成闭曲面补块是平行于坐标平面的平面块时般最为有利从而有利用高斯公式若在闭曲面所围成的空间闭区域上具有阶连续偏导数，则其中取外侧若不是闭曲面，积分的计算有三种方法，利用高斯公式可以简化曲面积分的计算第二类曲面积分的计算方法有通过投影法化为二重积分二利用两类曲面积分之间的联系进行转化三高斯公式在第二类曲面积分计算中的应用第二类曲面，处的切向量定理高维高斯公式设空间区域⊂由分片光滑的双侧曲面围成，若函数在上连续且有阶连续偏导数，则如下的高维高斯公式成立，是曲面上的曲线，自然可视为曲线在相应点，，其像，，，其像，，是曲面上的曲线，自然可视为曲线在相应点，处的切向量定理高维高斯公式设空间区域⊂由分片光滑的双侧曲面围成，若函数在上连续且有阶连续偏导数，则如下的高维高斯公式成立高斯公式在第二类曲面积分计算中的应用第二类曲面积分的计算有三种方法，利用高斯公式可以简化曲面积分的计算第二类曲面积分的计算方法有通过投影法化为二重积分二利用两类曲面积分之间的联系进行转化三利用高斯公式若在闭曲面所围成的空间闭区域上具有阶连续偏导数，则其中取外侧若不是闭曲面，则不能直接运用高斯公式此时可考虑用添加辅助曲面的方法将积分曲面补成闭曲面补块是平行于坐标平面的平面块时般最为有利从而有其中是由分片光滑的闭曲面所围成，在上具有阶连续偏导数例计算其中是边长的正立方体表面并取外侧解应用高斯公式，所求曲面积分等于若高斯公式中，则有，于是得到应用第二型曲面积分计算空间区域的体积公式例，其中是上半球面的外侧解由于不是闭曲面，本题不能直接用高斯公式添加辅助曲面补成闭曲面补的圆取下侧为正向则原式高斯公式在三重积分计算中的应用高斯公式是联系空间闭区域上的三重积分与其边界曲面上的曲面积分之间的纽带，但多数教科书中利用高斯公式解题时往往只提将曲面积分化为三重积分问题，而对三重积分化为曲面积分计算，鲜有提及其实利用高斯公式求三重积分在些场合还是有其便捷独到之处的例求积分区域是由双曲抛物面及平面所围成的闭区域解的边界外侧曲面由四部分构成，，，令则，由高斯公式，原式高斯公式在普通物理中的作用数学中的高斯公式是场论中的个基本公式，它建立了空间区域上的体积分与其边界曲面上的面积分之间的关系，即在物理学中，常用它的矢量形式，式中，利用矢性微分算子，高斯公式又可写成在普通物理学中，应用高斯公式可以简洁明了地证明些重要的结论下面我们就用它来推证著名的阿基米德浮力定律和静电场的高斯定理阿基米德浮力定律在普通物理的教科书中，般对阿基米德浮力定律都不作严格的数学证明，仅对它作个说明下面我们根据重力场中静止流体的压强分布，应用高斯公式给出个证明如图所示，物体浮在液面上，液体表面的平面把浮体表面的封闭曲面分为两部分和，也把整个浮体分为两部分其中浮在液面上的那部分为，浸没在液体中的那部分为的外法线方向在曲面处与的外法线方向相同，而在曲面处则与曲面外法线方向相反于是有，所以这说明，通过包含点电荷的任意闭合曲面的电通量都与通过以点电荷为中心的任球面的电通量相等，而通过球面的电通量很容易计算出，所以当点电荷不在闭合曲面内时，则在所包围的区域内，，可直接利用高斯公式求出对于由组点电荷所组成的带电体系来说，它们在空间所产生的总场强是点电荷单独存在时所产生的场强的迭加，那么通过任意闭合曲面的电通量为式中，„„是各个点电荷的电场通过闭合曲面的电通量由上述关于单个点电荷的结论可知外，在，当内，在当，所以内这样，我们就证明了高斯定理运用高斯公式应注意的个问题在利用高斯公式计算第二类曲面积分时，若曲面为非封闭曲面，此时添加辅助曲面时，要特别注意，要保证在封闭曲面及内部满足高斯公式的条件，稍有不慎就会得出的结果如下面这个例子例计算曲面积分，其中为曲面的上侧解令，设是平面上由所围成的下侧，是与所围闭域因为，所以，∂∂∂∂∂∂故这种解法看似正确，其实是的因为运用高斯公式计算此题时，增加了辅助曲面，而被积函数在上无界因原点在上，即不满足高斯公式的条件，从而导致了个的结果怎样才能既应用高斯公式，又避免了上述，关键是辅助曲面应怎样加正确的作法如下设，充分小，取下侧在面上由所围部分下侧在面上由所围部分下侧，则由前面讨论知，在封闭曲面上及其所围区域内满足高斯公式条件，从而由高斯公式得，因此其中∫∫这里是平面取上侧，又，因的方程为，又投影到面和面是条直线，故此题的技巧在于添加了辅助曲面