Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
19
Добавлен:
30.05.2015
Размер:
896.74 Кб
Скачать

∫∫∫

R

dz = ∫∫R(x,y,Φ(x,y))∫∫R(x,y,ϕ(x,y))=

 

T z

D

 

D

 

=

 

∫∫

R(x,y,z)dxdy +

∫∫

R(x,y,z)dxdy +

S3( верхн. стор.)

 

S1(нижн. стор.)

 

+ ∫∫ R(x,y,z)dxdy.

S2 (боков. стор.)

àÚ‡Í, Ï˚ ÔÓÎÛ˜ËÎË:

R(x,y,z)

∫∫∫ z dxdydz

T

= ∫∫R(x,y,z)dxdy .

(1)

ST

 

оУрПЫО‡ (1) ЫТЪ‡М‡‚ОЛ‚‡ВЪ Т‚flБ¸ ПВК‰Ы ЪрУИМ˚П ЛМЪВ„р‡ОУП ФУ ЪВОЫ T Л ФУ‚ВрıМУТЪМ˚П ФУ ФУОМУИ ФУ‚ВрıМУТЪЛ, У„р‡МЛ˜Л‚‡˛˘ВИ ˝ЪУ ЪВОУ, ФрЛ˜ВП ФУ‚ВрıМУТЪМ˚И ЛМЪВ„р‡О ‚˚˜ЛТОflВЪТfl ФУ ‚МВ¯МВИ ТЪУрУМВ ФУ‚ВрıМУТЪЛ ЪВО‡ T .

оУрПЫО‡ (1) М‡Б˚‚‡ВЪТfl П‡ОУИ ЩУрПЫОУИ йТЪрУ„р‡‰ТНУ„У. СУФЫТЪЛП, ˜ЪУ ‚ ЪВОВ T ÓÔð‰ÂÎÂÌ˚ ¢ ‰‚ ÙÛÌ͈ËË P(x,y,z)

Ë Q(x,y,z) ,

ЛПВ˛˘ЛВ МВФрВр˚‚М˚В ˜‡ТЪМ˚В

ФрУЛБ‚У‰М˚В

 

P(x,y,z)

Ë

Q(x,y,z)

. лУ‚Вр¯ВММУ ‡М‡ОУ„Л˜МУ ПУКМУ ‰УН‡Б‡Ъ¸

 

 

 

 

 

 

x

y

 

 

 

В˘В ‰‚В П‡О˚В ЩУрПЫО˚ йТЪрУ„р‡‰ТНУ„У:

 

 

 

 

∫∫∫

 

x

∫∫

 

 

 

 

 

 

 

P(x,y,z)

dxdydz =

 

P(x,y,z)dydz

(2)

 

 

 

T

Q(x,y,z)

 

ST

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫∫

dxdydz =

∫∫Q(x,y,z)dzdx .

(3)

 

 

 

 

 

 

 

T

 

y

ST

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лНО‡‰˚‚‡fl ФУ˜ОВММУ ЩУрПЫО˚ (1), (2) Л (3), ФУОЫ˜ЛП ·УО¸¯Ы˛ ЩУрПЫОЫ йТЪрУ„р‡‰ТНУ„У ЛОЛ ФрУТЪУ ЩУрПЫОЫ йТЪрУ„р‡‰ТНУ„У:

 

P(x,y,z)

 

Q(x,y,z)

 

R(x,y,z)

∫∫∫

 

+

 

+

 

dxdydz =

x

y

z

T

 

 

 

 

=

 

∫∫

P(x,y,z)dydz +Q(x,y,z)dzdx +R(x,y,z)dxdy.

ST ( внешняя стор.)

ÖÒÎË λ , μ Ë ν – Ы„О˚ МУрП‡ОЛ Н ‚МВ¯МВИ ТЪУрУМВ ФУ‚ВрıМУТЪЛ S Ò ÍÓÓð‰Ë̇ÚÌ˚ÏË ÓÒflÏË Ox , Oy Ë Oz , ЪУ„‰‡ ‚ Фр‡‚УИ ˜‡ТЪЛ ЩУрПЫО˚ йТЪрУ„р‡‰ТНУ„У ПУКМУ ФВрВИЪЛ Н ФУ‚ВрıМУТЪМУПЫ ЛМЪВ- „р‡ОЫ ФВр‚У„У рУ‰‡:

81

 

P(x,y,z)

 

Q(x,y,z)

 

R(x,y,z)

∫∫∫

 

+

 

+

 

dxdydz =

x

y

z

T

 

 

 

 

= ∫∫[P(x,y,z)cos λ +Q(x,y,z)cos μ +R(x,y,z)cosν ]dS.

ST

á‡Ï˜‡ÌËÂ. й·р‡ЪЛП ‚МЛП‡МЛВ М‡ ЪУ, ˜ЪУ ЩУрПЫО‡ йТЪрУ„р‡‰- ТНУ„У ФУБ‚УОflВЪ ОВ„НУ ФУОЫ˜ЛЪ¸ ЩУрПЫОЫ ‰Оfl ‚˚˜ЛТОВМЛfl У·˙ВП‡ ЪВО‡ T Т ФУПУ˘¸˛ ФУ‚ВрıМУТЪМУ„У ЛМЪВ„р‡О‡ ФУ ФУ‚ВрıМУТЪЛ, У„- р‡МЛ˜Л‚‡˛˘ВИ ЪВОУ T . СВИТЪ‚ЛЪВО¸МУ, ВТОЛ ФУОУКЛЪ¸ ‚ ЩУрПЫОВ йТЪрУ„р‡‰ТНУ„У P(x,y,z) =x , Q(x,y,z) =y, R(x,y,z) =z , ÚÓ ÚÓ„‰‡ ÔÓÎÛ˜ËÏ

VT = 1 ∫∫xdydz +ydzdx +zdxdy

3 ST

ËÎË

VT = ∫∫[xcos λ +ycos μ +zcosν ]dS ,

ST

„‰Â ˜ÂðÂÁ VT Ó·ÓÁ̇˜ÂÌ Ó·˙ÂÏ Ú· T .

§5. оУрПЫО‡ лЪУНТ‡

к‡ТТПУЪрЛ МВНУЪУрЫ˛ ‰‚ЫТЪУрУММ˛˛ Н‚‡‰рЛрЫВПЫ˛ ФУ‚ВрıМУТЪ¸ S , У„р‡МЛ˜ВММЫ˛ НУМЪЫрУП L, НУЪУр˚И М‡ Н‡К‰Ы˛ ЛБ НУУр‰ЛМ‡Ъ- М˚ı ФОУТНУТЪВИ ФрУВНЪЛрЫВЪТfl ‚ Б‡ПНМЫЪ˚И Т‡ПУМВФВрВТВН‡˛˘ЛИТfl НУМЪЫр (рЛТ. 3.5.1).

z

 

 

Dyz

 

r

 

Dxz

n

y

 

S

 

0

 

x

Dxy

 

 

 

 

êËÒ. 3.5.1

 

82

иЫТЪ¸ ‚ Н‡К‰УИ ЪУ˜НВ ˝ЪУИ ФУ‚ВрıМУТЪЛ Б‡‰‡М‡ МВФрВр˚‚М‡fl

ÙÛÌ͈Ëfl

 

P(x,y,z) , ЛПВ˛˘‡fl МВФрВр˚‚М˚В ФрУЛБ‚У‰М˚В

 

P(x,y,z)

Ë

 

P(x,y,z)

.

 

z

 

 

y

еУКМУ ‰УН‡Б‡Ъ¸, ˜ЪУ ТФр‡‚В‰ОЛ‚‡ ЩУрПЫО‡ (П‡О‡fl ЩУрПЫО‡ лЪУ-

ÍÒ‡):

P(x,y,z)

 

P(x,y,z)

 

∫∫

dzdx

dxdy = P(x,y,z)dx .

 

y

S

z

L

б‰ВТ¸ ПВК‰Ы ОВ‚УИ Л Фр‡‚УИ ˜‡ТЪflПЛ р‡‚ВМТЪ‚‡ Ъ‡НУВ ТУ„О‡ТУ‚‡- МЛВ: ЛМЪВ„р‡О ТОВ‚‡ ·ВрВЪТfl ФУ УФрВ‰ВОВММУИ ТЪУрУМВ ФУ‚ВрıМУТЪЛ,

‡ У·ıУ‰ НУМЪЫр‡ ЛМЪВ„рЛрУ‚‡МЛfl L ‚ ЛМЪВ„р‡ОВ, ТЪУfl˘ВП ТФр‡‚‡, ТУ‚Вр¯‡ВЪТfl ‚ Ъ‡НУП М‡Фр‡‚ОВМЛЛ, ˜ЪУ·˚ М‡·О˛‰‡ЪВО¸, Ы НУЪУрУ„У МУрП‡О¸, ТУУЪ‚ВЪТЪ‚Ы˛˘‡fl ‚˚·р‡ММУИ ТЪУрУМВ ФУ‚ВрıМУТЪЛ, ФрУıУ- ‰ЛЪ УЪ МУ„ Н „УОУ‚В, УТЪ‡‚ОflО ·˚ ФУ‚ВрıМУТЪ¸ ТОВ‚‡ УЪ ТВ·fl.

СУФЫТЪЛП ‰‡ОВВ, ˜ЪУ ТФр‡‚В‰ОЛ‚˚ Т‰ВО‡ММ˚В ‚˚¯В ФрВ‰ФУОУКВМЛfl Л, НрУПВ ЪУ„У, М‡ ФУ‚ВрıМУТЪЛ S Б‡‰‡М˚ МВФрВр˚‚М˚В ЩЫМНˆЛЛ Q(x,y,z) Ë R(x,y,z) , ЛПВ˛˘ЛВ МВФрВр˚‚М˚В ˜‡ТЪМ˚В ФрУЛБ-

‚Ó‰Ì˚Â

 

 

 

 

 

 

 

 

Q(x,y,z)

,

Q(x,y,z)

,

R(x,y,z)

Ë

R(x,y,z)

.

 

x

 

z

 

x

 

y

нУ„‰‡ ПУКМУ ‰УН‡Б‡Ъ¸ ТФр‡‚В‰ОЛ‚УТЪ¸ В˘ё ‰‚Ыı П‡О˚ı ЩУрПЫО

лЪУНТ‡:

Q(x,y,z)

 

 

 

Q(x,y,z)

 

∫∫

 

dxdy

dydz = Q(x,y,z)dy ,

 

 

z

S

 

x

L

∫∫

R(x,y,z)

dydz

 

R(x,y,z)

dxdz = R(x,y,z)dz .

 

 

 

S

 

y

x

L

лНО‡‰˚‚‡fl ФУ˜ОВММУ ‚ТВ ЪрЛ П‡О˚В ЩУрПЫО˚ лЪУНТ‡, ФУОЫ˜ЛП ·УО¸¯Ы˛ ЩУрПЫОЫ лЪУНТ‡ ЛОЛ ФрУТЪУ ЩУрПЫОЫ лЪУНТ‡:

Q(x,y,z)

 

P(x,y,z)

∫∫

 

 

 

 

x

y

S

 

P(x,y,z)

 

R(x,y,z)

+

 

 

z

x

 

 

= P(x,y,z)dx

 

 

R(x,y,z)

 

Q(x,y,z)

dxdy +

 

 

dydz

y

z

 

 

 

 

dzdx =

+Q(x,y,z)dy +R(x,y,z)dz.

L

83

É·‚‡ 4

щОВПВМЪ˚ ЪВУрЛЛ ФУОfl

§1. лН‡ОflрМУВ ФУОВ. Йр‡‰ЛВМЪ. ирУЛБ‚У‰М‡fl ФУ М‡Фр‡‚ОВМЛ˛

1. лН‡ОflрМУВ ФУОВ. иУ‚ВрıМУТЪЛ Л ОЛМЛЛ ЫрУ‚Мfl.

аЪ‡Н, р‡ТТПУЪрЛП МВНУЪУрЫ˛ У·О‡ТЪ¸ T ЪрВıПВрМУ„У ФрУТЪр‡М- ТЪ‚‡ Oxyz . ÖÒÎË Í‡Ê‰ÓÈ ÚӘ͠M(x,y,z) ˝ЪУИ У·О‡ТЪЛ ФУТЪ‡‚ОВМУ ‚ ТУУЪ‚ВЪТЪ‚ЛВ БМ‡˜ВМЛВ МВНУЪУрУИ ТН‡ОflрМУИ ‚ВОЛ˜ЛМ˚ U , Ú.Â. U = f(M) ËÎË U =U(x,y,z) , ЪУ „У‚УрflЪ, ˜ЪУ Б‡‰‡МУ ТН‡ОflрМУВ ФУОВ. з‡ФрЛПВр, ЪУ˜В˜М˚И ЛТЪУ˜МЛН ЪВФО‡ ТУБ‰‡ВЪ ФУОВ ЪВПФВр‡ЪЫр. лН‡ОflрМУВ ФУОВ, МВ ПВМfl˛˘ВВТfl ‚У ‚рВПВМЛ, М‡Б˚‚‡ВЪТfl ТЪ‡ˆЛУ- М‡рМ˚П, Л ‚ ˝ЪУП ТОЫ˜‡В ЩЫМНˆЛfl U МВ Б‡‚ЛТЛЪ УЪ ‚рВПВМЛ, Ъ.В. U =U(x,y,z) . ЦТОЛ КВ ФУОВ ПВМflВЪТfl ‚У ‚рВПВМЛ, Ъ.В. U =U(x,y,z,t) , ЪУ УМУ М‡Б˚‚‡ВЪТfl МВТЪ‡ˆЛУМ‡рМ˚П. з‡ФрЛПВр, ВТОЛ ‚˚МЫЪ¸ ЛБ НУТЪр‡ р‡ТН‡ОВММ˚И Н‡ПВМ¸, ЪУ ‚УНрЫ„ МВ„У У·р‡БЫВЪТfl МВТЪ‡ˆЛУМ‡рМУВ ТН‡ОflрМУВ ФУОВ ЪВПФВр‡ЪЫр, НУЪУрУВ ·Ы‰ВЪ ПВМflЪ¸Тfl Т ЪВ˜ВМЛВП ‚рВПВМЛ, Ъ.Н. Н‡ПВМ¸ ·Ы‰ВЪ УТЪ˚‚‡Ъ¸. н‡НЛП У·- р‡БУП, У˜В‚Л‰МУ, ˜ЪУ ТЪ‡ˆЛУМ‡рМУВ ТН‡ОflрМУВ ФУОВ УФЛТ˚‚‡ВЪТfl МВНУЪУрУИ ЩЫМНˆЛВИ ЪУ˜НЛ, ЛПВ˛˘ВИ ЪрЛ, ‰‚В ЛОЛ У‰МЫ НУУр‰ЛМ‡- ЪЫ, ‚ Б‡‚ЛТЛПУТЪЛ УЪ ЪУ„У, ˜ЪУ ФрВ‰ТЪ‡‚ОflВЪ ТУ·У˛ У·О‡ТЪ¸ T . З Н‡˜ВТЪ‚В ФрЛПВр‡ ТН‡ОflрМУ„У ФУОfl ПУКМУ ФрЛ‚ВТЪЛ ФУЪВМˆЛ‡О

˝ОВНЪрУТЪ‡ЪЛ˜ВТНУ„У ФУОfl,

НУЪУр˚И УФрВ‰ВОflВЪТfl ТУУЪМУ¯ВМЛВП

U = e

, „‰Â e – Á‡ðfl‰, r =

x2 +y2 +z2 – ð‡ÒÒÚÓflÌË ÓÚ ÚÓ˜ÍË ‰Ó

r

 

 

Б‡рfl‰‡, НУЪУр˚И ФУПВ˘ВМ ‚ М‡˜‡ОУ НУУр‰ЛМ‡Ъ. й˜В‚Л‰МУ, ˜ЪУ ЩЫМНˆЛfl U УФрВ‰ВОflВЪ ТН‡ОflрМУВ ФУОВ (ФУЪВМˆЛ‡О) ‚У ‚ТВП ФрУТЪр‡МТЪ‚В, Б‡ ЛТНО˛˜ВМЛВП М‡˜‡О‡ НУУр‰ЛМ‡Ъ, Ъ.Н. ФрЛ r = 0 ФУЪВМˆЛ‡О U У·р‡˘‡ВЪТfl ‚ ·ВТНУМВ˜МУТЪ¸.

ЦТОЛ р‡ТТПУЪрВЪ¸ ТН‡ОflрМУВ ФУОВ U = R2 x2 y2 , ЪУ У˜В‚Л‰МУ, ˜ЪУ ˝ЪУ ФУОВ УФрВ‰ВОВМУ ОЛ¯¸ ‚ НрЫ„В р‡‰ЛЫТ‡ R: x2 +y2 =R2 .

84

СУФЫТЪЛП ЪВФВр¸, ˜ЪУ ТН‡ОflрМУВ ФУОВ U =U(x,y,z) Ú‡ÍÓ‚Ó, ˜ÚÓ ÙÛÌ͈Ëfl U(x,y,z) МВФрВр˚‚М‡ ФУ ФВрВПВММ˚П x , y , z Ë Ó‰ÌÓ-

БМ‡˜М‡. б‡ЩЛНТЛрЫВП БМ‡˜ВМЛВ ТН‡ОflрМУИ ‚ВОЛ˜ЛМ˚ U , ФУОУКЛ‚ В„У р‡‚М˚П c , „‰Â c =const , Ъ.В. ФУОУКЛП U(x,y,z) =c. л „ВУПВЪ-

рЛ˜ВТНУИ ЪУ˜НЛ БрВМЛfl ФУТОВ‰МВПЫ ТУУЪМУ¯ВМЛ˛ ТУУЪ‚ВЪТЪ‚ЫВЪ ‚ ФрУТЪр‡МТЪ‚В МВНУЪУр‡fl ФУ‚ВрıМУТЪ¸. й˜В‚Л‰МУ, ˜ЪУ ˝Ъ‡ ФУ‚ВрıМУТЪ¸ У·О‡‰‡ВЪ Ъ‡НЛП Т‚УИТЪ‚УП, ˜ЪУ ‚ Н‡К‰УИ ВВ ЪУ˜НВ ФУОВ ЛПВВЪ ФУТЪУflММУВ БМ‡˜ВМЛВ, р‡‚МУВ c . í‡Í‡fl ÔÓ‚ÂðıÌÓÒÚ¸ ̇Á˚‚‡ÂÚÒfl ÔÓ- ‚ÂðıÌÓÒÚ¸˛ ÛðÓ‚Ìfl.

б‡ПВЪЛП, ˜ЪУ ЩЫМНˆЛ˛, Б‡‰‡˛˘Ы˛ ТН‡ОflрМУВ ФУОВ, МВБ‡‚ЛТЛПУ УЪ ВВ ЩЛБЛ˜ВТНУ„У ТП˚ТО‡, ˜‡ТЪУ М‡Б˚‚‡˛Ъ ФУЪВМˆЛ‡ОУП, ‡ ФУ‚ВрıМУТЪЛ ЫрУ‚Мfl М‡Б˚‚‡˛Ъ Ъ‡НКВ ˝Н‚ЛФУЪВМˆЛ‡О¸М˚ПЛ ФУ‚ВрıМУТЪflПЛ, Ъ.В. ФУ‚ВрıМУТЪflПЛ р‡‚МУ„У ФУЪВМˆЛ‡О‡. й˜В‚Л‰МУ, ˜ЪУ р‡БОЛ˜- М˚В ФУ‚ВрıМУТЪЛ ЫрУ‚Мfl МВ ФВрВТВН‡˛ЪТfl, Л ˜ВрВБ Ъ‡НЫ˛ ЪУ˜НЫ У·- О‡ТЪЛ, „‰В УФрВ‰ВОВМУ ТН‡ОflрМУВ ФУОВ, ФрУıУ‰ЛЪ У‰М‡ ЛБ МЛı.

ЦТОЛ ТН‡ОflрМУВ ФУОВ ФОУТНУВ, Ъ.В. U =U(x,y) , ЪУ ЪУ˜НЛ, ‰Оfl НУЪУр˚ı U(x,y) =c, ̇Á˚‚‡˛Ú ÎËÌËflÏË ÛðÓ‚Ìfl.

з‡ФрЛПВр, ТН‡ОflрМУВ ФУОВ U = R2 x2 y2 z2 ЛПВВЪ ‚ Н‡˜ВТЪ- ‚В ФУ‚ВрıМУТЪВИ ЫрУ‚Мfl НУМˆВМЪрЛ˜ВТНЛВ ТЩВр˚ x2 +y2 +z2 =R2 , ‡ ÔÓΠU = R2 x2 y2 – НУМˆВМЪрЛ˜ВТНЛВ УНрЫКМУТЪЛ x2 +y2 =R2 c2 .

2. ирУЛБ‚У‰М‡fl ФУ М‡Фр‡‚ОВМЛ˛.

ÑÎfl ËÁÛ˜ÂÌËfl Ò‚ÓÈÒÚ‚ Ò͇ÎflðÌÓ„Ó ÔÓÎfl U =U(x,y,z) ÔðÂʉÂ

‚ТВ„У ·˚‚‡ВЪ МВУ·ıУ‰ЛПУ ‚˚flТМЛЪ¸, Н‡Н ПВМflВЪТfl ˝ЪУ ФУОВ ФрЛ ФВрВıУ‰В УЪ У‰МУИ ЪУ˜НЛ ФУОfl Н ‰рЫ„УИ. СУФЫТЪЛП, ˜ЪУ П˚ р‡ТТП‡Ъ- рЛ‚‡ВП ТН‡ОflрМУВ ФУОВ U =U(x,y,z) , „‰Â ÙÛÌ͈Ëfl U(x,y,z) ‰ËÙ-

ЩВрВМˆЛрЫВП‡ ‚ Н‡К‰УИ ЪУ˜НВ ФУОfl, Ъ.В. ВВ ФУОМУВ ФрЛр‡˘ВМЛВ ·Ы- ‰ВЪ ЛПВЪ¸ ‚Л‰

U =

 

U(x,y,z)

x +

U(x,y,z)

 

y +

U(x,y,z)

 

z +

 

 

y

z

 

 

x

 

 

 

 

 

+δ1

x +δ2 y +δ3

z,

 

 

 

 

 

„‰Â δ1 , δ2 , δ3

ТЪрВПflЪТfl Н МЫО˛, ВТОЛ (

 

x)2 +( y)2 +( z)2

0.

Ç˚·ÂðÂÏ ‚ ÔÓΠÒ͇ÎflðÌÓÈ ‚Â΢ËÌ˚ U МВНУЪУрУВ М‡Фр‡‚ОВМЛВ, УФрВ‰ВОflВПУВ УТ¸˛ l (l0 – ÓðÚ ˝ÚÓ„Ó Ì‡Ôð‡‚ÎÂÌËfl).

85

ÇÓÁ¸ÏÂÏ Ì‡ ÓÒË l

‰‚ ÚÓ˜ÍË M(x,y,z) Ë N(x +

x,y + y,z +

z) .

uuuuur

= ρ (ðËÒ. 4.1.1)

 

 

é·ÓÁ̇˜ËÏ Ôðl MN

uuuur

 

é˜Â‚ˉÌÓ, ˜ÚÓ ρ > 0 , ВТОЛ М‡Фр‡‚ОВМЛВ ‚ВНЪУр‡ MN ÒÓ‚Ô‡‰‡ÂÚ

Т М‡Фр‡‚ОВМЛВП УТЛ l Ë ρ < 0 , ВТОЛ УМЛ ФрУЪЛ‚УФУОУКМ˚.

 

С‡‰ЛП ЪВФВр¸ УФрВ‰ВОВМЛВ ФрУЛБ‚У‰МУИ ЩЫМНˆЛЛ U(x,y,z)

ÔÓ

̇Ôð‡‚ÎÂÌ˲ l (ðËÒ. 4.1.1).

 

 

z

l

N(x + x,y + y,z z)

M(x,y,z)

l0

 

0

x

y

êËÒ. 4.1.1

 

йФрВ‰ВОВМЛВ. ирУЛБ‚У‰МУИ ЩЫМНˆЛЛ U ÔÓ Ì‡Ôð‡‚ÎÂÌ˲ l ̇- Á˚‚‡ÂÚÒfl

 

lim

U(N) U(M)

( ρ > 0 ËÎË ρ < 0 ),

 

 

ρ

 

 

uuuuur

NM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

„‰Â ρ = Ôðl MN , ‡ ÚÓ˜ÍË M Ë N ÎÂÊ‡Ú Ì‡ ÓÒË l .

 

ирУЛБ‚У‰М‡fl ФУ М‡Фр‡‚ОВМЛ˛ У·УБМ‡˜‡ВЪТfl

U

, Ú.Â.

l

 

 

 

U =

 

 

 

 

 

 

 

 

lim U(N) U(M) .

 

 

 

 

def

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

NM

ρ

 

 

ирЛПВП ЪВФВр¸ ‚У ‚МЛП‡МЛВ, ˜ЪУ ЩЫМНˆЛfl U =U(x,y,z) ‰ËÙÙÂ-

рВМˆЛрЫВП‡, ЪУ„‰‡ ФУОЫ˜ЛП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

= lim

U(x +

 

x,y +

 

y,z +

 

z) U(x,y,z)

=

l

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

 

 

 

NM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

x

+

U

 

y

+

U

 

z

 

= lim

x

ρ

y

ρ

 

z

ρ

+ ·.Ï.

ρ0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ÖÒÎË ÓÒ¸ l Ó·ð‡ÁÛÂÚ Û„Î˚ α , β

Ë γ Ò ÍÓÓð‰Ë̇ÚÌ˚ÏË ÓÒflÏË, ÚÓ

Ә‚ˉÌÓ, ˜ÚÓ

 

x

 

= cosα ,

 

 

y

= cos β ,

z

= cosγ , ‡ ÚÓ„‰‡ ‚ Ôð‰ÂÎÂ

 

ρ

 

 

 

ρ

 

 

 

 

 

 

 

ρ

 

 

 

 

 

 

 

 

ÔÓÎÛ˜ËÏ:

86

Ul = Ux cosα + Uy cos β + Uz cosγ .

ьТМУ, ˜ЪУ В‰ЛМЛ˜М˚И ‚ВНЪУр М‡Фр‡‚ОВМЛfl ЛПВВЪ Т‚УЛПЛ НУУр- ‰ЛМ‡Ъ‡ПЛ М‡Фр‡‚Оfl˛˘ЛВ НУТЛМЫТ˚ УТЛ l , Ú.Â. l0 (cosα,cos β,cosγ ) .

лОВ‰У‚‡ЪВО¸МУ, ФрУЛБ‚У‰МЫ˛ ФУ М‡Фр‡‚ОВМЛ˛

U

 

 

ПУКМУ ФрВ‰ТЪ‡-

l

 

 

 

 

U

 

U

 

U

 

‚ЛЪ¸ ‚ ‚Л‰В ТН‡ОflрМУ„У ФрУЛБ‚В‰ВМЛfl ‚ВНЪУр‡ N

,

,

Ë

 

x

 

y

 

 

‚ВНЪУр‡ l0 , Ú.Â. U =N l0 , „‰В ‚ВНЪУр N =

 

 

 

 

 

 

z

 

U

 

i+

U j+

U

k

l

x

 

 

 

 

y

 

 

z

 

(˝ЪУ ·˚ОУ ФУОЫ˜ВМУ р‡МВВ) ВТЪ¸ МЛ ˜ЪУ ЛМУВ, Н‡Н МУрП‡О¸ Н ФУ‚ВрıМУТЪЛ ЫрУ‚Мfl U(x,y,z) =c. з‡ФУПМЛП, ˜ЪУ ФрУЛБ‚У‰М‡fl ЛПВВЪ ПВ-

ı‡МЛ˜ВТНЛИ ТП˚ТО – ТНУрУТЪ¸. бМ‡˜ЛЪ, ФрУЛБ‚У‰М‡fl ФУ М‡Фр‡‚ОВМЛ˛ ‰‡ВЪ М‡П ТНУрУТЪ¸ ЛБПВМВМЛfl ФУОfl U =U(x,y,z) ‚ ̇Ôð‡‚ÎÂ-

ÌËË ÓÒË l . зВЪрЫ‰МУ Б‡ПВЪЛЪ¸ Ъ‡НКВ, ˜ЪУ П˚ ЫКВ р‡МВВ р‡ТТП‡ЪрЛ- ‚‡ОЛ ФрУЛБ‚У‰М˚В ФУ М‡Фр‡‚ОВМЛ˛, ‡ ЛПВММУ, ˝ЪУ ·˚ОЛ ФрУЛБ‚У‰- М˚В ФУ М‡Фр‡‚ОВМЛ˛ НУУр‰ЛМ‡ЪМ˚ı УТВИ Ox , Oy Ë Oz , Ú.Â. ËÁÛ-

˜ВММ˚В р‡МВВ ˜‡ТЪМ˚В ФрУЛБ‚У‰М˚В Ux , Uy Ë Uz .

б‡ПВЪЛП, ˜ЪУ ФУМflЪЛВ ФрУЛБ‚У‰МУИ ФУ М‡Фр‡‚ОВМЛ˛ У·У·˘‡˛Ъ Л М‡ ТОЫ˜‡И, НУ„‰‡ ˝ЪУ М‡Фр‡‚ОВМЛВ Б‡‰‡ВЪТfl МВНУЪУрУИ НрЛ‚УИ ОЛМЛВИ l . З ˝ЪУП ТОЫ˜‡В ‚ Н‡˜ВТЪ‚В М‡Фр‡‚Оfl˛˘Лı НУТЛМЫТУ‚ М‡Фр‡‚ОВМЛfl ·ВрЫЪ М‡Фр‡‚Оfl˛˘ЛВ НУТЛМЫТ˚ Н‡Т‡ЪВО¸МУИ Н НрЛ‚УИ l ‚ ЪУ˜- НВ ‰ЛЩЩВрВМˆЛрУ‚‡МЛfl.

ирЛПВр. з‡ИЪЛ ФрУЛБ‚У‰МЫ˛ ТН‡ОflрМУ„У ФУОfl U =

x2 +y2

ÔÓ

̇Ôð‡‚ÎÂÌ˲ ÍðË‚ÓÈ y =x2

ÓÚ ÚÓ˜ÍË

M1(1,1) Í ÚÓ˜ÍÂ

M2 (2, 4)

ÚӘ͠M1 .

 

 

 

 

ê¯ÂÌËÂ.

 

 

 

 

y

 

 

 

 

4

M2 (2, 4)

 

 

3

 

 

 

 

2

τ

 

 

 

1

M1(1,1)

 

 

 

 

 

 

 

0

1 2

3 x

 

 

 

êËÒ. 4.2.1

 

 

87

з‡И‰ВП В‰ЛМЛ˜М˚И ‚ВНЪУр τ0 , ͇҇ÚÂθÌ˚È Í Ô‡ð‡·ÓΠy =x2 ‚ ÚӘ͠M1(1,1) . з‡И‰ВП Ы„ОУ‚УИ НУ˝ЩЩЛˆЛВМЪ ФрflПУИ, М‡ НУЪУрУИ

ОВКЛЪ ‚ВНЪУр τ:

y′ = 2x , k = 2x x=1 = 2 .

ирflП‡fl ЛПВВЪ Ы„ОУ‚УИ НУ˝ЩЩЛˆЛВМЪ k = 2 Ë ÔðÓıÓ‰ËÚ ˜ÂðÂÁ ÚÓ˜- ÍÛ M1(1,1) , ТОВ‰У‚‡ЪВО¸МУ, ВВ Ыр‡‚МВМЛВ y 1 = 2(x 1) . á‡Ô˯ÂÏ ˝ÚÓ

Ыр‡‚МВМЛВ ‚ Н‡МУМЛ˜ВТНУП ‚Л‰В: x11 = y21 . ЗВНЪУр τ(1, 2) – М‡- Фр‡‚Оfl˛˘ЛИ ‚ВНЪУр ˝ЪУИ ФрflПУИ, ФрЛ˜ВП В„У М‡Фр‡‚ОВМЛВ ТУУЪ‚ВЪ-

ÒÚ‚ÛÂÚ Ì‡Ôð‡‚ÎÂÌ˲ ̇ ÍðË‚ÓÈ ÓÚ ÚÓ˜ÍË M1(1,1)

Í ÚӘ͠M2 (2, 4) .

лУУЪ‚ВЪТЪ‚Ы˛˘ЛИ ВПЫ В‰ЛМЛ˜М˚И ‚ВНЪУр τ0 =

 

i

+

 

2

j , Ú.Â. Â„Ó Ì‡-

 

5

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

5

 

Фр‡‚Оfl˛˘ЛВ НУТЛМЫТ˚ cosα =

 

 

, cos β =

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з‡И‰ВП ЪВФВр¸ U

 

5

 

 

U =

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

x

,

 

 

y

 

 

, ‡ ЪУ„‰‡ ФрУЛБ‚У‰-

x2 +y2

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

y

x2 +y2

 

 

 

 

̇fl ÔÓ Ì‡Ôð‡‚ÎÂÌ˲ ÙÛÌ͈ËË U =

x2 +y2 ‚ ÚӘ͠M1(1,1) ÔÓ ÍðË-

‚ÓÈ l ÓÚ ÚÓ˜ÍË M1(1,1)

Í ÚӘ͠M2 (2, 4)

·Û‰ÂÚ

 

 

 

 

 

 

 

U

=

x

 

 

 

1

+

 

 

y

 

 

2

.

 

l

x2 +y2

 

 

5

 

x2 +y2

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Йр‡‰ЛВМЪ ТН‡ОflрМУ„У ФУОfl. Ц„У Т‚УИТЪ‚‡. л‚flБ¸ „р‡‰ЛВМЪ‡ ТН‡ОflрМУ„У ФУОfl Т ФрУЛБ‚У‰МУИ ФУ М‡Фр‡‚ОВМЛ˛. йФВр‡ЪУр Й‡ПЛО¸ЪУМ‡.

к‡ТТПУЪрЛП ТН‡ОflрМУВ ФУОВ U =U(x,y,z) Л ФрВ‰ФУОУКЛП, ˜ЪУ ‚ МВНУЪУрУИ У·О‡ТЪЛ T ÙÛÌ͈Ëfl U(x,y,z) ‰ЛЩЩВрВМˆЛрЫВП‡, Ъ.В. ТЫ˘ВТЪ‚ЫВЪ МВФрВр˚‚М˚В ˜‡ТЪМ˚В ФрУЛБ‚У‰М˚В

U(x,y,z)

,

U(x,y,z)

,

U(x,y,z)

,

x

y

z

 

 

 

‡ ФУ‚ВрıМУТЪЛ ЫрУ‚Мfl U(x,y,z) =c МВ ЛПВ˛Ъ УТУ·˚ı ЪУ˜ВН, Ъ.В. Ъ‡- НЛı ЪУ˜ВН, ‚ НУЪУр˚ı ‚ТВ ЪрЛ ФрУЛБ‚У‰М˚В У·р‡˘‡ОЛТ¸ ·˚ ‚ МУО¸. ирЛ Т‰ВО‡ММ˚ı ФрВ‰ФУОУКВМЛflı ФУ‚ВрıМУТЪ¸ ЫрУ‚Мfl U(x,y,z) =c ‚ Н‡К‰УИ Т‚УВИ ЪУ˜НВ ЛПВВЪ Н‡Т‡ЪВО¸МЫ˛ ФОУТНУТЪ¸, ‡ ТОВ‰У‚‡ЪВО¸МУ

88

Л МУрП‡О¸ Н ФУ‚ВрıМУТЪЛ, НУЪУр‡fl, Н‡Н ЛБ‚ВТЪМУ, ЛПВВЪ НУУр‰ЛМ‡-

Ú˚

 

U

,

U

Ë

U

, Ú.Â.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

y

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N =

U(x,y,z)

i+

U(x,y,z)

j+

U(x,y,z)

k .

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

ùÚÓÚ

 

‚ВНЪУр

̇Á˚‚‡ÂÚÒfl

„р‡‰ЛВМЪУП

Ò͇ÎflðÌÓ„Ó ÔÓÎfl

U =U(x,y,z) Ë Ó·ÓÁ̇˜‡ÂÚÒfl gradU , Ú.Â.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

def U

r

+

U

 

r

U

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gradU

=

x

i

y

j +

z

k .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б‡ПВЪЛП, ˜ЪУ „р‡‰ЛВМЪ ВТЪ¸ ‚ВНЪУрМ‡fl ı‡р‡НЪВрЛТЪЛН‡ ТН‡ОflрМУ„У ФУОfl. З ТЛОЫ ‚˚¯ВТН‡Б‡ММУ„У „р‡‰ЛВМЪ ТН‡ОflрМУ„У ФУОfl ФВрФВМ‰ЛНЫОflрВМ Н ФУ‚ВрıМУТЪЛ ЫрУ‚Мfl ‚ Н‡К‰УИ ЪУ˜НВ. з‡ФУПМЛП,

˜ЪУ ФрУЛБ‚У‰М‡fl ТН‡ОflрМУ„У ФУОfl ФУ М‡Фр‡‚ОВМЛ˛ l

Ul = Ux cosα + Uy cos β + Uz cosγ .

З Фр‡‚УИ ˜‡ТЪЛ Б‰ВТ¸ ТЪУЛЪ ТН‡ОflрМУВ ФрУЛБ‚В‰ВМЛВ ‚ВНЪУрУ‚ gradU Ë l0 , Ú.Â. Ul = ÔðlgradU . лН‡ОflрМУВ ФрУЛБ‚В‰ВМЛВ ‚ВНЪУ- р‡ М‡ МВНУЪУр˚И УрЪ ПУКМУ УТП˚ТОЛЪ¸ Н‡Н ФрУВНˆЛ˛ ˝ЪУ„У ‚ВНЪУ- р‡ М‡ УрЪ, ТОВ‰У‚‡ЪВО¸МУ, Ul = ÔðlgradU . é˜Â‚ˉÌÓ, ˜ÚÓ ˝Ú‡ ÔðÓ-

ЛБ‚У‰М‡fl ЛПВВЪ М‡Л·УО¸¯ВВ БМ‡˜ВМЛВ, ВТОЛ М‡Фр‡‚ОВМЛВ УТЛ l ТУ‚- Ф‡‰‡ВЪ Т М‡Фр‡‚ОВМЛВП „р‡‰ЛВМЪ‡, Ъ.В. ПУКМУ Т‰ВО‡Ъ¸ ‚˚‚У‰, ˜ЪУ ‚ М‡Фр‡‚ОВМЛЛ „р‡‰ЛВМЪ‡ ТН‡ОflрМУВ ФУОВ ЛПВВЪ М‡Л·УО¸¯Ы˛ ТНУрУТЪ¸ ЛБПВМВМЛfl. З˚˜ЛТОЛП ˝ЪЫ М‡Л·УО¸¯Ы˛ ТНУрУТЪ¸ ЛБПВМВМЛfl ТН‡ОflрМУ„У ФУОfl. ирЛМЛП‡fl ‚У ‚МЛП‡МЛВ, ˜ЪУ

 

 

 

 

l0 = gradU

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gradU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ur

ur

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ôðra

=a

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ÔÓÎÛ˜ËÏ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r0

 

 

 

gradU

 

 

gradU

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

= (gradU ) l =gradU

=

 

 

 

 

 

 

=

gradU

.

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gradU

 

 

gradU

 

 

 

 

̇˷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аЪ‡Н, ПУКМУ Т‰ВО‡Ъ¸ УНУМ˜‡ЪВО¸М˚И ‚˚‚У‰: ‚ М‡Фр‡‚ОВМЛЛ Т‚У- В„У „р‡‰ЛВМЪ‡ ТН‡ОflрМУВ ФУОВ ЛПВВЪ М‡Л·УО¸¯Ы˛ ТНУрУТЪ¸ ЛБПВМВМЛfl, Л ˝Ъ‡ ТНУрУТЪ¸ р‡‚М‡ ПУ‰ЫО˛ „р‡‰ЛВМЪ‡ ТН‡ОflрМУ„У ФУОfl.

89

ирЛПВр. С‡МУ ФУОВ ЪВПФВр‡ЪЫр T(x,y,z) = λ(x2 +y2 +z2 ) . з‡ИЪЛ М‡Л·УО¸¯Ы˛ ТНУрУТЪ¸ ЛБПВМВМЛfl ФУОfl T(x,y,z) ‚ ÚӘ͠M0 (1,1,3) .

ê¯ÂÌËÂ. ç‡È‰ÂÏ „ð‡‰ËÂÌÚ Ò͇ÎflðÌÓ„Ó ÔÓÎfl T(x,y,z) . ó‡ÒÚÌ˚Â

ФрУЛБ‚У‰М˚В Tx , Ty , Tz ð‡‚Ì˚ ÒÓÓÚ‚ÂÚÒÚ‚ÂÌÌÓ

Tx = 2λx , Ty = 2λy, Tz = 2λz . r r

gradT = 2λxi + 2λyj + 2λzk ,

gradT = (2λx)2 +(2λy)2 +(2λz)2 = 2 λ x2 +y2 +z2

Ç ÚӘ͠M0 М‡Л·УО¸¯‡fl ТНУрУТЪ¸ ЛБПВМВМЛfl ФУОfl ТУ‚Ф‡‰‡ВЪ ТУ БМ‡˜ВМЛВП ПУ‰ЫОfl „р‡‰ЛВМЪ‡ ТН‡ОflрМУ„У ФУОfl T ‚ ÚӘ͠M0 , Ú.Â. ð‡‚̇

gradTM0 = 2 λ 12 +12 +32 = 2 λ 11 .

é˜Â‚ˉÌ˚ Ú‡ÍÊ ÒÎÂ‰Û˛˘Ë ҂ÓÈÒÚ‚‡ „ð‡‰ËÂÌÚ‡ Ò͇ÎflðÌÓ„Ó ÔÓÎfl:

1)grad(cU) =c gradU , c =const ;

2)grad(U +V ) =gradU +gradV ;

3)grad(U V) =U gradV +V gradU .

З ˝ЪУП МВЪрЫ‰МУ Ы·В‰ЛЪ¸Тfl Т‡ПУТЪУflЪВО¸МУ.

СОfl НУПФ‡НЪМУИ Б‡ФЛТЛ „р‡‰ЛВМЪ‡ ТН‡ОflрМУ„У ФУОfl ‚‚В‰ВП ‚

р‡ТТПУЪрВМЛВ ТЛП‚УОЛ˜ВТНЛИ ‚ВНЪУр – УФВр‡ЪУр Й‡ПЛО¸ЪУМ‡ (‚ВНЪУр "М‡·О‡"), НУЪУр˚И У·УБМ‡˜‡ВЪТfl Ъ‡Н: " " Л р‡‚ВМ ФУ УФрВ‰ВОВМЛ˛

= x i+ x j+ x k ,

Ъ.В. flТМУ, ˜ЪУ Т ФУПУ˘¸˛ УФВр‡ЪУр‡ Й‡ПЛО¸ЪУМ‡ „р‡‰ЛВМЪ ТН‡ОflрМУ„У ФУОfl ПУКМУ Б‡ФЛТ‡Ъ¸ ТОВ‰Ы˛˘ЛП У·р‡БУП:

gradU(x,y,z) = U(x,y,z) .

З Б‡НО˛˜ВМЛВ ˝ЪУ„У Ф‡р‡„р‡Щ‡ рВ¯ЛП В˘В У‰ЛМ ФрЛПВр. ирЛПВр. з‡ИЪЛ „р‡‰ЛВМЪ ФУЪВМˆЛ‡О‡ ˝ОВНЪрУТЪ‡ЪЛ˜ВТНУ„У ФУОfl,

Ó·ð‡ÁÓ‚‡ÌÌÓ„Ó ÚӘ˜Ì˚Ï Á‡ðfl‰ÓÏ

U =

 

er

=

e

.

 

x2 +y2 +z2

 

 

r

 

 

90

Соседние файлы в папке лекции_3