题目
计算∮∮(x-2y)dydz + (3y-z)dzdx +(3x-2z)dxdy,其中∑是由x=0,y=0,z=0及x/1 + y/2 +z/3=1在第一卦限中所围成的立体的表面的外侧
计算∮∮(x-2y)dydz + (3y-z)dzdx +(3x-2z)dxdy,其中∑是由x=0,y=0,z=0及x/1 + y/2 +z/3=1在第一卦限中所围成的立体的表面的外侧
题目解答
答案
高斯公式|2
解析
步骤 1:确定积分区域
题目中给出的积分区域是由平面 x=0, y=0, z=0 和平面 x/1 + y/2 + z/3 = 1 在第一卦限中所围成的立体的表面的外侧。这个立体是一个四面体,其顶点为 (1,0,0), (0,2,0), (0,0,3) 和原点 (0,0,0)。
步骤 2:应用高斯公式
高斯公式(也称为散度定理)表明,对于一个闭合曲面 S,其上的向量场 F 的通量等于该向量场在由 S 所围成的体积 V 内的散度的积分。即:
\[ \iint_{S} \mathbf{F} \cdot d\mathbf{S} = \iiint_{V} \nabla \cdot \mathbf{F} \, dV \]
其中,\(\mathbf{F} = (x-2y, 3y-z, 3x-2z)\)。
步骤 3:计算散度
计算向量场 \(\mathbf{F}\) 的散度:
\[ \nabla \cdot \mathbf{F} = \frac{\partial}{\partial x}(x-2y) + \frac{\partial}{\partial y}(3y-z) + \frac{\partial}{\partial z}(3x-2z) = 1 + 3 - 2 = 2 \]
步骤 4:计算体积积分
由于散度是常数 2,体积积分简化为体积 V 的两倍。四面体的体积 V 可以通过其顶点坐标计算,体积公式为:
\[ V = \frac{1}{6} \times \text{底面积} \times \text{高} \]
这里,底面积是三角形 (1,0,0), (0,2,0), (0,0,3) 的面积,高是 z 轴上的高度,即 3。因此,体积 V 为:
\[ V = \frac{1}{6} \times \frac{1}{2} \times 1 \times 2 \times 3 = 1 \]
所以,体积积分为:
\[ \iiint_{V} 2 \, dV = 2 \times V = 2 \times 1 = 2 \]
题目中给出的积分区域是由平面 x=0, y=0, z=0 和平面 x/1 + y/2 + z/3 = 1 在第一卦限中所围成的立体的表面的外侧。这个立体是一个四面体,其顶点为 (1,0,0), (0,2,0), (0,0,3) 和原点 (0,0,0)。
步骤 2:应用高斯公式
高斯公式(也称为散度定理)表明,对于一个闭合曲面 S,其上的向量场 F 的通量等于该向量场在由 S 所围成的体积 V 内的散度的积分。即:
\[ \iint_{S} \mathbf{F} \cdot d\mathbf{S} = \iiint_{V} \nabla \cdot \mathbf{F} \, dV \]
其中,\(\mathbf{F} = (x-2y, 3y-z, 3x-2z)\)。
步骤 3:计算散度
计算向量场 \(\mathbf{F}\) 的散度:
\[ \nabla \cdot \mathbf{F} = \frac{\partial}{\partial x}(x-2y) + \frac{\partial}{\partial y}(3y-z) + \frac{\partial}{\partial z}(3x-2z) = 1 + 3 - 2 = 2 \]
步骤 4:计算体积积分
由于散度是常数 2,体积积分简化为体积 V 的两倍。四面体的体积 V 可以通过其顶点坐标计算,体积公式为:
\[ V = \frac{1}{6} \times \text{底面积} \times \text{高} \]
这里,底面积是三角形 (1,0,0), (0,2,0), (0,0,3) 的面积,高是 z 轴上的高度,即 3。因此,体积 V 为:
\[ V = \frac{1}{6} \times \frac{1}{2} \times 1 \times 2 \times 3 = 1 \]
所以,体积积分为:
\[ \iiint_{V} 2 \, dV = 2 \times V = 2 \times 1 = 2 \]