题目
3.(10.0分)已知vec(E)为x+y+z=1(第一卦限上侧),则iintlimits_(Sigma)(x+y+z)^2dxdz=
3.(10.0分)
已知$\vec{E}$为x+y+z=1(第一卦限上侧),则$\iint\limits_{\Sigma}(x+y+z)^{2}dxdz=$
题目解答
答案
为了求解曲面积分 $\iint\limits_{\Sigma}(x+y+z)^{2}dxdz$,其中 $\Sigma$ 是平面 $x + y + z = 1$ 在第一卦限的上侧,我们首先需要将曲面积分转换为二重积分。平面 $x + y + z = 1$ 可以表示为 $y = 1 - x - z$。曲面积分的公式为:
\[
\iint\limits_{\Sigma} f(x, y, z) \, dS = \iint\limits_{D} f(x, y(x, z), z) \sqrt{1 + \left(\frac{\partial y}{\partial x}\right)^2 + \left(\frac{\partial y}{\partial z}\right)^2} \, dxdz
\]
其中 $D$ 是 $xz$-平面上的投影区域。对于平面 $y = 1 - x - z$,我们有 $\frac{\partial y}{\partial x} = -1$ 和 $\frac{\partial y}{\partial z} = -1$。因此,曲面元素 $dS$ 为:
\[
dS = \sqrt{1 + (-1)^2 + (-1)^2} \, dxdz = \sqrt{3} \, dxdz
\]
由于 $f(x, y, z) = (x + y + z)^2$,且在曲面上 $x + y + z = 1$,我们有 $f(x, y, z) = 1^2 = 1$。因此,曲面积分变为:
\[
\iint\limits_{\Sigma} (x + y + z)^2 \, dS = \iint\limits_{D} 1 \cdot \sqrt{3} \, dxdz = \sqrt{3} \iint\limits_{D} \, dxdz
\]
投影区域 $D$ 是 $xz$-平面上由 $x \geq 0$, $z \geq 0$,和 $x + z \leq 1$ 围成的三角形。这个三角形的面积为:
\[
\text{面积} = \frac{1}{2} \times \text{底} \times \text{高} = \frac{1}{2} \times 1 \times 1 = \frac{1}{2}
\]
因此,二重积分 $\iint\limits_{D} \, dxdz$ 等于三角形的面积,即 $\frac{1}{2}$。所以,曲面积分为:
\[
\sqrt{3} \iint\limits_{D} \, dxdz = \sqrt{3} \times \frac{1}{2} = \frac{\sqrt{3}}{2}
\]
最终答案是:
\[
\boxed{\frac{\sqrt{3}}{2}}
\]