曲面积分对称性.doc

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1、2 对称性在曲线积分计算中的应用　　2.1 对称性在第一类曲线积分计算中的应用   　　结论1  若积分曲线L关于x轴（或y轴）对称，记L1为曲线L被坐标轴所分割的两个对称区域之一，则有：   　　①∫Lf(x,y)ds=0,f(x,y)为关于y（或x）的奇函数；   　　②∫Lf(x,y)ds=2∫L1f(x,y)ds,f(x,y)为关于y（或x）的偶函数。   　　结论2 若积分曲线L关于直线y=x对称，则当点(x,y)∈L时，有(y,x)∈L，即L关于x,y具有轮换对称性，这时有：   　　∫Lf(x,y)ds=∫Lf(y,x)ds=12

2、∫L［f(x,y)+f(y,x)］ds　　若f(x,y)=-f(y,x)，即f(x,y)关于直线y=x奇对称，则∫Lf(x,y)ds=0；　　若f(x,y)=(y,x)，即f(x,y)关于直线y=x偶对称，则∫Lf(x,y)ds=2∫L1f(y,x)ds。　　其中L1为曲线L被直线y=x所分割的两个对称区域之一。　　2.2 对称性在第二类曲线积分计算中的应用   　　设有曲线积分I=∫LP(x,y)dx，其中L为光滑的有向曲线弧，如果L关于某条直线（包括坐标轴）对称，这时利用对称性计算上述曲线积分时，不仅要考虑P(x,y)的大小和符号，还要考虑

3、投影元素dx的符号。当积分方向和坐标轴正向之夹角小于π2时，投影元素为正，否则为负。一般地，我们有：   　　结论 若积分曲线L关于某直线对称，记L1为曲线L被这条直线所分割的两个对称区域之一，则有：   　　①∫Lf(x,y)ds=0,P(x,y)dx在对称点上取相反的符号；   　　②∫Lf(x,y)ds=2∫L1f(x,y)ds,P(x,y)dx在对称点上取相同的符号。   　　对于积分∫LQ(x,y)dy也有类似地结论。上述结论都可推广到空间曲线的情形。　　3 对称性在曲面积分计算中的应用　　3.1 对称性在第一类曲面积分计算中的应用 

4、  　　结论1  若积分曲面关于某平面（或某点）对称，记1为曲面被某平面（或某点）所分割的两个对称曲面之一，则有：   　　① f(x,y,z)dS=0,在对称点上f(x,y,z)取相反的符号；   　　② f(x,y,z)dS=21f(x,y,z)dS,在对称点上f(x,y,z)取相同的符号。   　　结论2 若积分曲面关于x,y,z具有轮换对称性，则有：   　　f(x,y,z)dS=f(y,z,x)dS=f(z,x,y)dS   　　=13［f(x,y,z)+f(y,z,x)+f(z,x,y)］dS　　

5、3.2 对称性在第二类曲面积分计算中的应用   　　利用对称性计算第二类曲面积分同样需要注意投影元素的符号。现以曲面积分f(x,y,z)dxdy为例来讨论。当曲面指定侧上动点的法线方向与z轴正向成锐角时，面积元素dS在xoy面上的投影dxdy为正；成钝角时为负。一般地，我们有：   　　结论 若积分曲面可分成对称的两部分1、2（=1+2），在对称点上

6、f

7、的值相等，则有   　　① f(x,y,z)dxdy=0,在对称点上fdxdy取相反的符号；   　　② f(x,y,z)dxdy=2f(x,y,z)dxdy,在对

8、称点上fdxdy的符号相同。   　　对于积分f(x,y,z)dydz,f(x,y,z)dzdx也有类似的结论。   　　总之，应用对称性计算积分时应注意以下几点：   　　①必须兼顾被积函数和积分区域两个方面，只有当两个方面都具有某种对称性时才能利用。如果只有积分区域具有某种对称性，这时根据具体情况，我们可以把被积函数经过恒等变形使之具有某种对称性，再考虑利用上述结论。   　　②对第二类曲线积分和第二类曲面积分，在利用对称性时，尚需考虑积分路线的方向和曲面的侧，确定投影元素的符号，需慎重。   　　③有些问题利用轮换对称性可得到简便

9、的解答。