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数学分析课本(华师大三版)-习题及答案第二十二章

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第二十二章曲面积分

一、证明题
1.证明:由曲面S所包围的立体V的体积等于V=余弦.
2.S为封闭曲面,L为任何固定方向,其中n为曲面S的外法线方向.
3.证明公式
1
xcosycoszcosrds其中cos,cos,cpsr为曲面S的外法线方向3S
cosn,Lds=0
S
dxdydz1
=cosr,ndsr2S
V
其中S是包围V的曲面,nS的外法线方向.r=xyz,r=(x,y,z.
4.证明:A=yz2xyz,zsx2yz,xyxy2z是有势场并求其势函.二、计算题
1.计算下列第一型曲面积分:(1
2
2
2
xyzds,其中S为上半球面
S
x2y2z2=a2z0;
(2
x
S
2
y2ds,其中S为主体x2y2z1的边界曲面;

(3
1222
dsxyR,其中S为柱面被平面Z=0,Z=H所截取的P;22Sxy
(4
xyzds,其中S为平面在第一卦限中的部分.
S

2.计算
2zds,其中S为圆锥表面的一部分.S
xrcossin
0ra
yrsinsinS:D:
02zrcos

这里θ为常数(0<θ<
.2
3.计算下列第二型曲面积分(1
S
22
yxzdxdy,其中Sx=y=z=0,x=y=z=a平成所围成++xdzdxyxzdydz
的正方体并取处侧为正向;
(2
xydydzyzdzdxzxdxdy,其中S是以原点中心,边长为2的正方体
S
表面并取外侧正向;
(3
xydydzyzdzdxzxdxdy,其中S是由平面x=y=z=0x+y+z=1所围的四面体
S
表面并取外侧为正向;
(4(5
yzdzdx,其中S是球面,x
SS
2
y2z2=1的上半部分并取外侧为正向;
2
2
2
222
xdydzydzdxzdxdy,其中S是球面xa+yb+xc=R2并取
外侧为正向.
4.设某流体的流速为V=(x,y,0,求单位时间内从球面x2+y2+z2=4的内部流过球面的流量5.计算第二型曲面积分
I=
fxdydz+gydzdx+hzdxdy
S
其中S是平行分面体(0xa,0yb,0zc表面并取外侧,f(x,g(y,h(zS上的连续函数,
6.设磁场强度为E(x,y,z,求从球内出发通过上半球面x2+y2+z2=a2,z=0的磁通量,7.应用高斯公式计算下列曲面积分:
(1(2
yzdydzzxdzdssydxdy,其中S为单位球面x+y+z=1的外侧;
2
2
2
S
222xdydzydzdszdxdy,其中S是立方体0x,y,za的表面取外侧;S
222222xdydzydzdszdxdy,其中S为锥面x+y=z与平面z=h所围的空间区S
(3
(0zh的表面方向取外侧;
(4
x
SS
2
dydzy3dzdsz3dxdy,其中S是单位球面x2+y2+z2=1的外侧;
(5
xdydzydzds2dxdy,其中S为上半球面Z=
a2x2y2的外侧.

8.应用高斯公式计算三重积分
xyyzzxdxdydz
V
其中v是由x0,y0,0z1xy所确定的空间区域.9.应用斯托克斯公式计算下列曲线积分(1
22
y
L
2
z2dx+x2z2dy+x2y2dz,其中Lx+y+z=1与三坐标面的交线,
的走向使新围平面区域上侧在曲线的左侧;
(2(3

L
x2y2dxdyzdz,其中为y2z2=1,x=y所交的椭圆的正向;
zydx+xzdy+yxdz,其中L是以A(a,0,0,B(0,a,0,C(0,0,a为顶点的三角形
L
沿ABCA的方向.
10.L是平面xcos+ycos+zcosrp=0上的闭曲线,它所包围区域的面积为S,
dxdydz

L
coscoscosrxyz
其中L依正向进行.
11.r=x2y2z2,计算r,,fr,r(n=3
2
n
1
r
12.u=x2y3z+2xy4y+2y4z在点0(0,0,0,A(1,1,1,B(1,1,1的梯度,并求梯度为零之点.
13.计算下列向量场A的散度和旋度:
(1A=yz,zx,xy(2A=xyz,xyz,xyz(3A=
222

222222
;

222
;
xyz
,,.yzzxxy
14.流体流速A=x,y,z流量.

222
求单位时间内穿过1球面x
8
2
2
+y+z=1(x>1,y>0,z>0
2
15.设流速A=y,x,c(c为常数求环流量(1沿圆周xy=1,z=0;
2
(2沿圆周x2y=1,z=0.
2
22


三、考研复习题
2u2u2u
1.证明:u=++,S为包围区域V的同面的外例,
x2y2z2
uds;n
(1

V
udxdydz=
S
(2
u
S
u
ds=udxdydz+uudxdydz
VVn
2.S为光滑闭曲面,VS所围的区域,V上与S上函数u(x,y,z二阶偏导连续,函数
W(x,y,z偏导连续,证明:
(1

V
W
u
dxdydz=uwdydzxS

V
u
w
dxdydz;x
(2

V
Wudxdydz=W
S
u
dsuWdxdydz.
Vn
3.A=
rr
3
S为一封闭曲面,r=(x,y,z.证明当原点在曲面S,,内时分别有
Ads=0.2π,4π.
S
4.证明公式:
fmsincosnsinsinPcossindd
D
222
=2fumupdu

1
1


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