题目
设 Sigma 为半球面 z=sqrt(R^2-x^2-y^2) 的上侧,则 iint_(Sigma) xdydz + ydzdx + zdxdy = ( ).A. pi R^2B. 2pi R^2C. 2pi RD. 2pi R^3
设 $\Sigma$ 为半球面 $z=\sqrt{R^2-x^2-y^2}$ 的上侧,则 $\iint_{\Sigma} xdydz + ydzdx + zdxdy = (\ )$.
A. $\pi R^2$
B. $2\pi R^2$
C. $2\pi R$
D. $2\pi R^3$
题目解答
答案
D. $2\pi R^3$
解析
步骤 1:确定向量场 $\mathbf{F}$
向量场 $\mathbf{F} = (x, y, z)$,其中 $x, y, z$ 分别是向量场在 $x, y, z$ 方向上的分量。
步骤 2:计算向量场 $\mathbf{F}$ 的散度
向量场 $\mathbf{F}$ 的散度 $\nabla \cdot \mathbf{F} = \frac{\partial x}{\partial x} + \frac{\partial y}{\partial y} + \frac{\partial z}{\partial z} = 1 + 1 + 1 = 3$。
步骤 3:应用高斯公式
根据高斯公式,有 \[ \iint_{\Sigma} x \, dy \, dz + y \, dz \, dx + z \, dx \, dy = \iiint_{V} \nabla \cdot \mathbf{F} \, dV. \] 将 $\nabla \cdot \mathbf{F} = 3$ 代入,得 \[ \iint_{\Sigma} x \, dy \, dz + y \, dz \, dx + z \, dx \, dy = \iiint_{V} 3 \, dV. \]
步骤 4:计算半球体体积 $V$
半球体体积 $V = \frac{2}{3}\pi R^3$。
步骤 5:计算积分结果
将半球体体积 $V$ 代入,得 \[ \iiint_{V} 3 \, dV = 3 \times \frac{2}{3}\pi R^3 = 2\pi R^3. \]
向量场 $\mathbf{F} = (x, y, z)$,其中 $x, y, z$ 分别是向量场在 $x, y, z$ 方向上的分量。
步骤 2:计算向量场 $\mathbf{F}$ 的散度
向量场 $\mathbf{F}$ 的散度 $\nabla \cdot \mathbf{F} = \frac{\partial x}{\partial x} + \frac{\partial y}{\partial y} + \frac{\partial z}{\partial z} = 1 + 1 + 1 = 3$。
步骤 3:应用高斯公式
根据高斯公式,有 \[ \iint_{\Sigma} x \, dy \, dz + y \, dz \, dx + z \, dx \, dy = \iiint_{V} \nabla \cdot \mathbf{F} \, dV. \] 将 $\nabla \cdot \mathbf{F} = 3$ 代入,得 \[ \iint_{\Sigma} x \, dy \, dz + y \, dz \, dx + z \, dx \, dy = \iiint_{V} 3 \, dV. \]
步骤 4:计算半球体体积 $V$
半球体体积 $V = \frac{2}{3}\pi R^3$。
步骤 5:计算积分结果
将半球体体积 $V$ 代入,得 \[ \iiint_{V} 3 \, dV = 3 \times \frac{2}{3}\pi R^3 = 2\pi R^3. \]