曲面的面积

设曲面对应的函数为为曲面面上的投影区域,函数上具有连续偏导数,则曲面的在上的面积为:

记其中的,即,我们称

上述定理不进行严格证明,还是通过举例来说明。

1 思路

先解释一下思路,已知曲面对应的函数为为曲面面上的投影区域,如下图所示。

将区域划分为个小矩形,观察第个小矩形及其对应的小曲面,如下图所示。

可用对应的、切点位于点的小切平面来近似,如下图所示。

按照相同的方法,将区域划分得越来越细,对应的小切平面也越来越多且越来越小,如下图所示。此时这些小切平面可很好地近似曲面,从而这些小切平面的面积也可很好地近似曲面的面积,这就是接下来的求解思路。

2 曲面的面积

下面来求出小切平面的面积。小矩形可看作由围成,小切平面可看作由围成,如下图所示。

记小矩形的边长为,则围成小矩形的两个向量可表示为:

围成小切平面的两个向量实际上就是(对这里不清楚的,可以参考这一课中的分析),所以有:

所以的面积可通过求出,即,其中(为了计算方便,这里将简记为,不会影响之后的结果)

注意到以及,所以:

计算出小切平面面积后,将区域划分后对应的小切平面通过积分累加起来,就得到了曲面上的面积为:

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