曲面面積

曲面面積

曲面面積(area of a surface)是指曲面表面的面積。把光滑曲面S分成沒有公共內點的n塊S1,... , Sn,且每一塊仍是光滑曲面,在每個S上取一點P,過P作S的切平面T,將s投影到T上,所有這些投影的面積之和的極限(當所有S的直徑趨於零時)如果存在,就是曲面S的面積,對有界簡單光滑曲面而言,這樣的極限總是存在的,而且與曲面的光滑等價的參數表示的選擇無關。

基本介紹

  • 中文名:曲面面積
  • 外文名:area of a surface
  • 所屬學科:數學
  • 相關概念:積分、面積微元、偏導數等
基本介紹,例題解析,

基本介紹

設空間有界曲面
為
其中
是
在
面上的投影區域,
在
上具有連續的偏導數,下面討論曲面
的面積的計算問題。
現用平行於x軸和y軸的兩組平行直線分割投影區域
,任取其中的一塊記作
,其面積也記作
,則當
的直徑很小時,
表示以
的邊界為準線,母線平行於z軸的柱面截得的曲面
上的那部分,設
是
上的任一點,根據條件,曲面
在點P處有切平面,則可用柱面截得切平面上的那一小片平面的面積dS近似地代替
的面積
,則
其中,
是切平面與
面的夾角,也就是切平面的法向量n與
面的法線
軸的夾角,由曲面
的方程可知
所以
代人式(1)得
則曲面的面積微元為
將dS在投影區域
上積分,便得計算曲面面積的二重積分公式
如果所求曲面的方程用
或
表示比較方便,則同理可將曲面分別投影到
面或
面,類似地可得相應曲面的面積計算公式,分別為
或
其中,
分別為曲面
在yOz面或zOx面上的投影區域。

例題解析

例1 證明球面
的表面積為
。
解: 由對稱性,取上半球面方程為
,它在xOy面上的投影區域為
由式(2)得
例2 求拋物面
位於
之間的那一部分的面積。
解: 曲面在xOy面上的投影區域
,由式(2),得

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