根据题意作出有向曲面的图像,该曲面是长方体整个表面的外侧,如下图所示,其中还标出了在不同表面的方向。
为了方便之后的计算,我们将有向曲面的分作以下六部分,
-
的上侧,也就是长方体的上表面
-
的下侧,也就是长方体的下表面
-
的前侧,也就是长方体的前表面
-
的后侧,也就是长方体的后表面
-
的右侧,也就是长方体的右表面
-
的左侧,也就是长方体的左表面
做好准备之后下面按照两种方法来解出此题。
(1)通过来求解。本题要求的是,根据之前学习的,可得:
然后要求的积分可以转为,即:
下面来计算,方法是计算出在各个组成部分上的积分,然后再加起来。首先是长方体的上表面,因为的单位方向向量为,所以有:
因为对应的函数为,所以(下面的计算的就是的面积,也就是这个矩形的面积,其面积就是):
然后是长方体的下表面,其单位方向向量为,所以:
因为对应的函数为,所以:
同样的,可以求出:
所以最终有:
(2)通过来求解。还是计算出在各个组成部分上的积分,然后再加起来。首先是长方体的上表面,其单位方向向量为,所以:
又在面的投影、在面的投影、在面的投影分别为:
根据,所以有:
然后是长方体的下表面,其单位方向向量为,所以:
又在面的投影、在面的投影、在面的投影分别为:
根据,所以有:
同样的,可以求出:
所以最终有: