天天看点

多元微积分_三维散度

一.二维的散度

我们已经学习过二维的散度,在二维向量场内

有一个区域R

区域的边界是闭合曲线c

多元微积分_三维散度

格林定理告诉我们

它的通量就是通过边界c的向量F与单位法向量的点击的积分

多元微积分_三维散度

也等于微小面积dA的散度的积分

多元微积分_三维散度

而由向量场的方向,我们基本可以判定散度和通量的情况

如下

左图向量场向外,散度为正

中图流出总体等于流入,散度为0

由图向量朝内,散度为负

多元微积分_三维散度

那么在三维中,以下图为例

R则从面积变为体积

边界s则从曲线变为面

多元微积分_三维散度

如果它的散度为正,向量场是从里向外发散的

多元微积分_三维散度

所以三维的通量是通过变面积的向量与单位法向量的积分,因此是双重积分

这也等于球体内微小的小块体积的散度的积分

多元微积分_三维散度

下面看一个例子

三维向量场F,

三维体R的表面是S

面积S的积分就等于微小体积dV的散度积分

散度是 ∇ \nabla ∇算子与向量场标量的点积

多元微积分_三维散度

多元微积分_三维散度

与F的标量

多元微积分_三维散度

的点积

1.对于

多元微积分_三维散度

左边偏导就是x,有编制数部分全部为0

2.对于

多元微积分_三维散度

左边对y求导得到x,右边的导数为0

3.对与

多元微积分_三维散度

对z求导,相当于常数,导数为0

所以得到:

多元微积分_三维散度

接下来确定积分边界

多元微积分_三维散度

可以看出先对有积分,可以达到z的表达式,再对z积分可以得到x的表达式

因此我们按照这个顺序积分

多元微积分_三维散度

2x的原函数等于2xy

多元微积分_三维散度

带入边界2-z得到

多元微积分_三维散度

在求2-z对于z的原函数

多元微积分_三维散度

带入边界 1 − x 2 1-x^2 1−x2得到

多元微积分_三维散度

在求 3 x − 2 x 3 − x 5 3x-2x^3-x^5 3x−2x3−x5的原函数

多元微积分_三维散度

带入边界

多元微积分_三维散度

得到的值为0

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