问题
问答题
设曲面积分
其中S+为上半椭球面
的上侧.
(Ⅰ)求证:
其中Ω是上半椭球体:
(Ⅱ)求曲面积分J.
答案
参考答案:[分析与求解] (Ⅰ)由题设S+的方程,J可简化成
[*]
要将曲面积分J化为三重积分,可用高斯公式.由于S+不是封闭曲面,故要添加辅助面
[*]
取法向量n向下,[*]所围的区域记为Ω,它的边界取外侧,于是在Ω上用高斯公式得
[*]
其中[*]上的曲面积分为零,因为[*]与yz平面及zx平面均垂直,又在[*]上z=0.
(Ⅱ)求曲面积分J转化为求题(Ⅰ)中的三重积分.怎样计算这个三重积分:
[*]
因为Ω是半椭球体,不宜选用球坐标变换与柱坐标变换.我们用先二(先对x,y积分)后一(后对z积分)的积分顺序求
[*]
由于z∈[0,c],与z轴垂直的平面截力得区域D(z)为
[*]
又这个椭圆的两个半轴分别为[*]面积是[*]于是
[*]
可以用同样方法计算
[*]
但是,由坐标的轮换对称性,有 J1=J2=J3.
[*]