寫在前面:建議讀者看完題後,先自己親自做下,然後再結合本文分析來看,這樣效果會更好!
各位考研狗辛苦了,先給各位上兩道小菜,讓各位再辛苦下!
兩道第二類曲面積分題目的計算:
哎呦!
不是度過了打拼的年齡,就應該退隱江湖嗎?
不是度過了打拼的年齡,就應該食山果飲甘露,日撫瑤琴夜讀詩書嗎?
2009年的第二型曲面積分,這貨怎麼又重出江湖興風作浪了?
難道說武林有一場大事發生?
稍作鎮定下來,我定了定神,思考第二型曲面積分長啥樣?
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1 第二型曲面積分長啥樣?
第二型曲面積分呢,也叫對坐標的曲面積分,題目中會出現P、Q、R三個的積分,它長這個樣子」
繼續展開思考哦~
假如現在就讓你算一個曲面積分,沒有P、Q這兩個函數,只有R,這裡的曲面取得比較特殊,它就取的是一個xoy上的一個平面區域,那你想一下,我可以不可以這樣講:這其實就等同於算一個平面區域上的二重積分?、
不可以!
為什麼?
因為第二型的曲線積分、第二型的曲面積分啊,一定要注意方向!
剛才所提問的,其實是沒有指明方向,如果你說清楚這裡的平面區域是向上或者向下,那麼在結果上就要加正號或者負號。
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2 第二型曲面積分的計算
還記得第二型曲面積分怎麼計算嗎?有幾種方法呀?」
有兩種解法。
一種是咱們平時的基本計算,也就是將第二類曲面積分化為二重積分來計算;
另一種計算辦法是高斯公式法,也就是將第二類曲面積分轉化成3重積分。
進一步展開講講這兩種方法:
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3 第一種計算方法
在第一種方法中,我們把它叫做:一代二換三定號」。
所謂一代,指的是將曲面方程代入被積函數,即將被積函數中的某一個量藉助曲面方程來表示出來,這一步是必須做的。
所謂二換,指的是將ds換成dxdy,將曲面sigma換成Dxy,當然,這裡講的是假設它投影到xoy平面,
最後所謂的三定號,指的是需要我們最後在二重積分的結果前面加上正負號,上為正,右為正,前為正,其餘為負,主要是看平面的法向量方向與z軸正向的夾角為銳角還是鈍角,如果是銳角,則為正,反之則為負。
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4 第二種計算法---高斯公式法!
第二個計算方法—高斯公式法呢,乃高斯前輩所創,這套方法是將第二類曲面積分化成了3重積分來計算,雖然說積分重數上增大了,但是實際上簡化了運算」。
既然是有用的公式,那麼就有對應的使用條件,針對使用條件,考試中心那幫人肯定就會給你使壞,給你破壞公式!
術 清晰了,咱們回看開頭給的那兩道小菜!
不就是計算第二類曲面積分嗎?我用高斯公式分分鐘滅掉你!來吧!比試比試!
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5 第一題的解答
第一題的解答如下:
如果你的答案是上面的,那麼恭喜你!
數字對了,步驟錯了!
你得不到滿分!!!
什麼情況?難道是敵人布下了陷阱?我們上當了???
低下高昂的頭顱,重新認真分析,可惡,這題所給條件不封閉,我得加個面,然後將曲面方程代入到被積函數中,很熟悉的套路!
咦?哪裡好像不對勁?
啊!竟然是它!又是你—不連續!!!我知道哪裡出問題了!重新來戰!!!
說時遲,那時快,我輕輕畫了一條線,重新排了順序,轉眼間得到滿分了!!!
補充的那個面含有奇點,如果先補面,然後再帶入,勢必會讓高斯公式失效,發揮不了威力,因此只能先將曲面方程代入被積函數,打好這個頭陣,然後再補面!
思考完畢,我將自己對這道題的學習心得寫在了旁邊:
就算是加面減面,也得將順序調整好!
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6 第二題的解答(2009年真題!)
既然是加了個面,那我就減去這個面(不要管什麼積分符號,就按照最簡單的數學加減來想),緊接著再利用高斯公式,轉化成3重積分,最後成功算出了答案!
答案雖好,可是卻費時費力!!!
眼尖的同學,估計已經看出來這道題在哪出現過了,它不僅僅是一到考研真題,更是2018某數學18講中的一道例題!圖片為證!
考研狗們,需要你靜下心來思考一下了!
做題絕不是做出個答案,一看對了就萬事大吉了,不要忘了優化!
試想一下,等到你正式上戰場時,拼的就是速度和準確度,你這個解法在前面計算偏導數時,耗費了大量的時間,而且萬一在考場上緊張呢,忙中出錯呢???
像只用這種教材輔導書教出來的徒弟,做了不多多思考,恐怕在戰場上會大大的吃虧!
破敵之道,關鍵就是寶刀君平日強調的「穩、準、快」!
怎麼破?怎麼樣提高速度?誰能告訴我?
哪位高數前輩可以告訴我?費馬?拉格朗日?格林?高斯?
對了,格林、高斯!我知道怎麼做了!!!
優化後的解法如下:
能寫出上面這個答案的,估計就是已經將格林公式和高斯公式融會貫通了!!!
事實上,格林公式和高斯公式有異曲同工之妙,回想一下格林公式:任何2條同向包含奇點在內的封閉曲線,兩條曲線積分的結果都是一樣的,那麼回到高斯公式上,任何包含奇點在內的兩個曲面,只要方向相同,那麼他們兩的曲面積分記過也是相同的,經過這樣構造的曲面方程,就可以順利的去掉分母,然後再次使用高斯公式,簡化計算!!!」
其實,從剛才第二題的第一個解法步驟中,其實我們也能發現,原式的曲面積分積分值,就等於重新構造的在這個同向曲面上的積分值,就是:
那麼,格林公式和高斯公式又有何不同呢?
像之前的第二類曲線積分,你如果碰上了,一定要用格林公式,而至於高斯公式嘛,滿足條件你就用,如果不滿足,那就老老實實的用第一個計算方法吧!
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7 總結
以上是對第二類曲面積分的分析,這個內容確確實實是考研考試中的重點,但是我們不要忘了,還有第1類曲面積分呢?它要是哪一年冷不丁出出來,難度一點都不必第二類曲面積分難度小!
如何應對?
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