Пусть векторная функция
определена и непрерывна на некоторой поверхности в пространстве
Разобьем поверхность произвольным образом на n частей
с площадями
(рис. 8.3). В каждой частичной области
выберем произвольную точку
и составим сумму
,
где ,
– единичная нормаль к поверхности
в точке
.
Данная сумма называется интегральной суммой для векторной функции в области (на поверхности)
.
Обозначим через наибольший из диаметров частичных областей
:
.
Рис. 8.3. Разбиение поверхности на частичные области в случае
поверхностного интеграла второго рода
Определение. Поверхностным интегралом второго рода от функции по поверхности
называется предел интегральных сумм при
, если этот предел существует и не зависит ни от способа разбиения поверхности
на частичные области
, ни от выбора в каждой из них точки
:
или в другой записи:
,
где векторный элемент поверхности
и скалярное произведение
.
Функция
называется интегрируемой по поверхности , сама
– поверхностью интегрирования.
Теорема 8.2 (существования поверхностного интеграла второго рода) (без доказательства). Функция , непрерывная на кусочно-гладкой поверхности
, интегрируема по этой поверхности.
Основные свойства поверхностного интеграла второго рода аналогичны соответствующим свойствам поверхностного интеграла первого рода, за исключением свойства 5:
При изменении стороны поверхности интегрирования интеграл изменяет знак (так как переход к другой стороне поверхности меняет направление нормали к поверхности на противоположное):
,
где и
– стороны поверхности интегрирования
.
Простейший физический смысл поверхностного интеграла второго рода – количество жидкости или газа, протекающего за единицу времени в заданном направлении через поверхность с установившейся скоростью
.
Вычисление поверхностного интеграла второго рода сводится к вычислению суммы трех двойных интегралов следующим способом.
Если – выражения, полученные из уравнения поверхности
разрешением относительно соответствующих координат .
– проекции поверхности
соответственно на плоскости
,
,
.
– единичная нормаль к поверхности
в точке
(рис. 8.3), то
,
где знаки у двойных интегралов соответствуют знакам направляющих косинусов нормали
к поверхности
.
Пример. Вычислить поверхностный интеграл второго рода
,
где – верхняя сторона плоскости
, отсеченная плоскостями
и лежащая в первом октанте (рис. 8.4).
Рис. 8.4. Пример вычисления поверхностного интеграла второго рода
Обозначим через – проекции поверхности
на плоскости
,
,
соответственно. Как видно из рис. 8.4, направляющие косинусы нормали
к поверхности
, а
, так как плоскость
параллельна оси Oy. Следовательно, по формуле вычисления поверхностного интеграла второго рода получим:
.
