不容忽视的细节

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不容忽视的细节

2024-07-15 10:05| 来源: 网络整理| 查看: 265

不容忽视的细节——线面积分中的奇点

我写文章绝不是凭空而作,大部分是因为我做题的时候觉得这里掌握得不好。既然这个部分是自己的知识盲区,就需要我去认真复习。考研复习,一定要跳出自己的舒适圈。整天复习自己会的东西,做题目都索然无味,好像觉得自己都会了,结果做卷子一塌糊涂······

引子

在这里插入图片描述 今天在做09年数一卷子的时候,这题给我难到了。大家可以先别往下看,试着做一下,答案是 4 π 4\pi 4π。什么?你做对了,那你可以点击右上角叉叉退出了哦 我们一看被积函数是具有轮换对称性的,那么我们就会想到利用高斯公式。很不幸分母特别讨厌,但不妨碍我们利用高斯公式 在这里插入图片描述 我靠!什么玩意? ∂ P ∂ x + ∂ Q ∂ y + ∂ R ∂ y = 0 \frac{\partial P}{\partial x} +\frac{\partial Q}{\partial y}+\frac{\partial R}{\partial y}=0 ∂x∂P​+∂y∂Q​+∂y∂R​=0 好了,三重积分结果为0。在考场上写完答案的你慌得一P,但你反复检查了很多遍发现求导没错,结果你这题的得分跟你结果一样QAQ。标准的错误,经典的零分 那么到底错在哪里?

回归课本

既然结果有问题,而计算没问题,那么我们往上一步,考虑一下高斯公式的使用条件吧。什么?高斯公式还有使用条件?我:立即推,放弃考研 在这里插入图片描述 课本中明确提到,在空间闭区域 Ω \Omega Ω内, P ( x , y , z ) , R ( x , y , z ) , Q ( x , y , z ) P(x,y,z),R(x,y,z),Q(x,y,z) P(x,y,z),R(x,y,z),Q(x,y,z)具有一阶连续偏导数。而题目中的被积函数很明显在(0,0,0)点连定义都没有,谈何连续偏导呢?那是不是说这个题不能用高斯公式了呢?不然。 既然(0,0,0)这个点没有定义,那我们把这个点扣掉,剩下的区域利用高斯公式不就完美了吗!!当然,不可能让你白白扣掉一个点呀,所以扣掉之后我们还需要单独算。也就成为:割补法 在这里插入图片描述 这道题就顺利的解决啦。当初问题就是出在我对高斯公式的使用条件不熟悉,忘记了被积函数在被积区域内有连续偏导(关键看是否有无定义的点)

提问:这里为什么曲面 Σ 1 \Sigma_1 Σ1​取外侧,方向向内也符合条件呀 先自己思考,我在最后给出自己的想法

举一反三

曲面积分有,曲线积分也有。这里不得不提一下:单连通区域和复连通区域 在这里插入图片描述 相似的,我们可以类比高斯公式,格林公式也有类似的要求: 在这里插入图片描述 同样要求 P ( x , y ) , Q ( x , y ) P(x,y),Q(x,y) P(x,y),Q(x,y)在D内有一阶连续偏导数(关键看是否有定义) 看一下课本这道例题 在这里插入图片描述 这题说L不经过原点,而被积函数在(0,0)点无定义,那么就有两种情况:

不包含原点,此时被积函数在L所围成的区域内是符合格林公式条件的包含原点,此时(0,0)就不在被积函数的定义域内了,这时候就要使用我们的割补法 在这里插入图片描述

提问:这里为什么l的方向选取逆时针,顺时针可以吗?

课后练习

在这里插入图片描述 这是660上一道考察路径无关条件的题目,其中需要判断好单连通区域和复联通区域。可以试一试。

关于我的想法

1.我们可以看到课本中定义 Ω \Omega Ω是闭曲面的外侧,所以我们构造的封闭曲面的方向是指向外侧。 Σ 1 \Sigma_1 Σ1​取外侧,那么相当于你在球体内部挖去一个方向向外的小球体。那么原来球体内部整体没有方向,所以挖去小球体后露出的表面方向也应该是向外,因为只有这样才能中和掉方向向外的 Σ 1 \Sigma_1 Σ1​。 2.不可以。l的方向取逆时针,保证 ∮ L − ∮ l = ∬ D x y \oint_{L}^{} -\oint_{l}^{} =\iint\limits_{D_{xy}}^{} ∮L​−∮l​=Dxy​∬​ 所计算的区域是除去无定义点剩下的区域。也就是说,l的逆时针方向对于D来说是正方向。

总结

下次做题别再一上来立马格林公式和高斯公式了,先睁大眼睛看看,能用不能用不能用不?万一真的有奇点,补面或者补线的时候,想好方向:

曲线积分补线的方向是对于无定义点的区域来说是正方向曲面积分补面的方向是外侧

关于积分与路径无关的四条等价结论,也熟悉熟悉。 多总结,总会发现新的东西。



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