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谁能快速破解二型曲面积分唯我高斯公式


  果不其然,将军我在昨天发的帖子文章:急报!雕兄传来书信:计算第二型曲线积分的格林公式怎么破?猜测的没错!
  敌人又来挑衅了!
  一大早,雕兄就嗷嗷叫,叼着新到的书信传到我的面前。
  我拆开一看,真是如我所料,继昨天敌人派出第二类曲线积分格林公式折磨同伴后,今天又派来第二类曲面积分考验我等智商!更尤为可恨的是,这次他竟然直接把2009年的那道真题给派出来了:
  不是度过了打拼的年龄,就应该退隐江湖吗?
  不是度过了打拼的年龄,就应该食山果饮甘露,日抚瑶琴夜读诗书吗?
  2009年的第二型曲面积分,这货怎么又重出江湖兴风作浪了?
  难道说武林有一场大事发生?
  稍作镇定下来,我用助手递过来的毛巾擦了擦脸,重新看了看题,细思极恐啊!头上露出了像大家平时都描述的黄豆大的汗珠。
  助手察觉到我的异样,问道:"将军,您脸色有点不大对劲,究竟是怎么了?"
  "小丹,你还记得第二型曲面积分吗?记得它长啥样吗?"
  "记得啊",助手小丹机智的回答道,"这个第二型曲面积分呢,也叫对坐标的曲面积分,题目中会出现P、Q、R三个的积分,它长这个样子"
  "嗯,回答得不错,那我再问你,假如现在就让你算一个曲面积分,没有P、Q这两个函数,只有R,这里的曲面取得比较特殊,它就取的是一个xoy上的一个平面区域,那你说,我可以不可以这样说:这其实就等同于算一个平面区域上的二重积分?"我注视着助手,微笑着对她说。
  "将军,不可以!"没想到助手这么快就回复了我。
  "哦,为什么这么肯定呢?说说你的看法吧"
  "将军,您是在考我,我记得之气将军学习时给我讲过,这个第二型的曲线积分、第二型的曲面积分啊,一定要注意方向!,像将军刚才所讲呢,其实是没有指明方向,如果你说清楚这里的平面区域是向上或者向下,那么在结果上就要加正号或者负号。"小丹得意洋洋的说道。
  "哈哈,不错不错!回答得真好!不枉我平日里对你大力的栽培啊"
  听到助手的回答,我甚是开心,问了两个问题,她都回答的清清楚楚,明明白白,真没想到她挺聪明啊!平日里,军中各个大小事务忙的让我从没有仔细看过她,没想到今早仔细看看助手,发现她挺漂亮啊!
  既然她已经连续回答对了2个问题,那就不妨再考考她,顺便也检验我跟随各位数学系前辈学习的效果。
  "助手,那你还记得第二型曲面积分怎么计算吗?有几种方法呀?"
  "报告将军,有两种解法,一种是咱们平时的基本计算,也就是将第二类曲面积分化为二重积分来计算,另一种计算办法是高斯公式法,也就是将第二类曲面积分转化成3重积分。小女子斗胆将将这两种方法称为2223。"助手信心满满的回答道。
  "恩恩,说得真好,框架很清晰嘛,那你能进一步展开讲讲这两种方法吗?"
  "恩,我试试啊,我记得上次高斯前辈再给您授课时,曾总结过在这两个方法,在第一种方法中,我们把它叫做:一代二换三定号"。
  所谓一代,指的是将曲面方程代入被积函数,即将被积函数中的某一个量借助曲面方程来表示出来,这一步是必须做的,所谓二换,指的是将ds换成dxdy,将曲面sigma换成Dxy,当然,这里讲的是假设它投影到xoy平面,最后所谓的三定号,指的是需要我们最后在二重积分的结果前面加上正负号,上为正,右为正,前为正,其余为负,主要是看平面的法向量方向与z轴正向的夹角为锐角还是钝角,如果是锐角,则为正,反之则为负。"
  助手的回答已经令我非常满意了,我不觉得又仔细看了她两眼,发现她最近进步神速啊!
  助手继续说道,"而第二个计算方法—高斯公式法呢,乃高斯前辈所创,这套方法是将第二类曲面积分化成了3重积分来计算,虽然说积分重数上增大了,但是实际上简化了运算"。
  "恩恩,对,高斯前辈当年在创立这套剑法之后,也曾亲自给我传授过他的这套剑法的应用场景以及限制条件,而这套剑法的弱势之处恰恰就是敌人死死抓住不放的地方,因此每次和高斯前辈一块并肩作战时,我都要先帮他打头阵,扫清前方的障碍,然后高斯前辈顺势而下,直捣对方黄龙老巢!"。
  "恩恩,是的呢,每一次您和高斯前辈作战时,我就在旁边学着分析呢"。
  "大清早的就在这讨论战术学习之道啊,真是应了你们中国人讲的:宣父犹能畏后生,丈夫未可轻年少这一句诗词啊"
  一听这浑厚的声音,我就知道是我的恩师—高斯前辈过来了。
  "高斯前辈早上好!我们在这里学习你创的那套专门对付第二类曲面积分的剑法呢,您来的正好,刚好可以和您一块讨论下"。我望着高斯老前辈,毕恭毕敬的说道。
  "和你们年轻人在一起讨论问题,这正是我求之不得的事儿呢"高斯前辈哈哈大笑道,"今早我听雕兄弟又传来新的书信了,是否确有此事?"
  "恩恩,确有此事,助手,你将书信呈上来,让高斯前辈看看"。
  吩咐完,助手呈上了书信内容。
  在高斯前辈看题目的过程中,助手主动请缨道:"前辈,跟随你们几位好久了,我对您教的这套剑法也有一些心得,这个第一题,您看可以让我和您一块攻克吗?"
  "可以呢,走起!"
  说完后,之间助手和高斯前辈搜的越到大梁之上,两三回合之后,呈上的答案如下:
  暂且不论答案是否正确,我只是注意到高斯前辈有些力不从心,一直在那哮喘!
  什么情况?难道是敌人布下了陷阱?我们上当了???
  我赶紧快速看助手做的答案,认真分析,可恶,这题所给条件不封闭,我得加个面,然后将曲面方程代入到被积函数中,很熟悉的套路!
  咦?哪里好像不对劲?
  啊!竟然是它!又是你—不连续!!!我知道助手哪里出问题了!
  说时迟,那时快,我腾空一跃,挥舞起我的大刀,轻轻挑起一行线,重新排了顺序,转眼间高斯前辈又生龙活虎的站起来了!
  "多谢将军救命之恩,还好你出手快,不然老夫就不能一路陪你去斩妖除魔了",高斯前辈双手作揖。
  "哪里哪里,晚辈还要感谢前辈平日里的谆谆教导呢,前辈教我的剑法,我一直熟背着,未敢忘记,刚才突然记起来了前辈剑法的使用条件,于是就调整了顺序,您看,我做的对否?"
  说完,我将自己对这道题的学习心得写在了旁边:
  前辈看完后,两眼放光,竖起大拇指对我说:"善哉善哉,将军威武!将军所写内容,的确是老夫剑法的精妙之处,要想顺利用老夫的这套剑法,一定要在前面铺好路,就算是加面减面,也得将顺序调整好!"
  "哦,我知道自己哪里错了,我应该把将军划红线那一部分写到前面,然后将曲面方程代入到被积函数中,接下来再补面,这样就能让高斯前辈所向披靡了!"助手欢快的说道。
  "恩恩,对的!助手你还得再继续跟着大将军学习哦"
  "恩恩,那既然这道题只这样做,我看第二道题题干和它差不多,这道题还能让我再试一次吗?"
  不知为何,今天助手小丹频频表现,而且表现的还都不错,毕竟她是个姑娘,既然有这样的学习欲望,何不如她所愿,就暂且让她一试吧!
  "试当然可以试,只不过你这次可不能再让高斯前辈再受伤了哦!"
  "恩恩,我知道的呢,我已经认真分析完这道题了,它这道题也是存在不连续的点,我试着补了个面,并取了外侧,前面这些铺垫已经做好了,就等高斯前辈出场了呢"
  "哈哈,你这丫头片子真有两下子啊,计算速度还挺快的,那老夫就陪你走一遭"
  说完后,之间我的助手刷刷刷在墙面上验算了三个偏导数的和,然后又利用算术加减规则,既然是加了个面,那我就减去这个面(不要管什么积分符号,就按照最简单的数学加减来想),紧接着高斯前辈出场了2次,转化成3重积分,最后成功算出了答案!
  这时候,之间高斯前辈面不改色,看来和我判断的一样,助手这次做对了!!!
  虽然高斯前辈看起精神抖擞,可是,可是我的助手却疲惫不堪了!
  什么情况?助手,你是怎么了?是天气太热中暑了吗?
  望着助手她那煞白的脸,我的内心竟然有一丝触动。
  "启禀将军,这道题消耗了我的功力,你是知道的,到咱们正式上战场时,拼的就是速度和准确度,但是我这次是速度没跟上去,在前面计算偏导数时,耗费了大量的时间,而且刚才还有点紧张,老怕自己出错,还好是对的,但是我的过程太长了"(正式考试或者模拟考试时,相信各位考生就能感受出来)
  听完助手的一番话,我猛地回想起来,破敌之道,恰恰就是这几位数学系的前辈平日所强调的"稳、准、快"啊!
  助手虽然做到了稳和准,但在"快"这一点上,做的水准好像还达不到!
  怎么破?怎么样提高速度?谁能告诉我?
  哪位前辈可以告诉我?费马?拉格朗日?格林?高斯?
  对了,格林、高斯!我知道怎么做了!!!
  片刻间,我举起大刀,在墙面上挥洒了2下,顺势和高斯前辈又表演了一出,只不过这次,高斯前辈出场了一次,我们两总共破这个题的时间也少了好多!我的刀法如下:
  "将军真是聪慧过人啊!你把我和你格林师傅传授你的所学都已经融会贯通了"
  "前辈过奖了,主要是2位前辈教得好,我只不过是稍微迁移了一下下而已"
  "其实将军能意识到提高速度已经很不错了,事实上,格林老头创的刀法和老夫的剑法有异曲同工之妙!
  昨日你和格林老头切磋武艺时,已经给出了任何2条同向包含奇点在内的封闭曲线,两条曲线积分的结果都是一样的,那么回到老夫创的高斯公式剑法上,任何包含奇点在内的两个曲面,只要方向相同,那么他们两的曲面积分记过也是相同的,经过这样构造的曲面方程,就可以顺利的去掉分母,然后再次使用高斯公式,简化计算!!!"
  "恩恩,高斯前辈总结的妙!其实,从刚才助手和您联合破敌的过程也能看出来,原式的曲面积分积分值,就等于重新构造的在这个同向曲面上的积分值,就是您总结的这样,您看"
  "大将军悟的对!相信大将军最我和格林老头所传授的这点武学已经学会了,老夫甚是开心!不过,老夫提醒将军,像之前的第二类曲线积分,你如果碰上了,一定要用格林老头创的那套刀法,而至于老夫创的这套剑法嘛,满足条件你就用,如果不满足,那就老老实实的用第一个计算方法吧,这,就是格林老头比我更受欢迎的原因啊"
  "高斯前辈和格林前辈都是我的恩师,你们的武学之道我一直奉若神明,只要破敌之时,满足条件,那我肯定会用你们的绝招呢"
  "恩恩,我们两都针对的是第二类线面积分的计算,不过依老夫对那考研数学大魔头的了解,它有时不按常理出牌,偶尔也不让我们登上历史舞台,虽然对第二类曲面积分是频繁考,但也不能忽略考第一类曲面积分,这么多年,关于第一类曲面积分的2次战役深深的印在我的脑海里,挥之不去,"
  "哦,您说的是哪2个年份呢?"
  "哎,关于第一类曲面积分的考察,那两场战役死伤无数,那两个年份对大多数考生来说都是噩梦,这两个年份相隔10年,具体年份明日再透漏给你吧"。
  "哦,原来如此,但是它第一类曲面积分也不难啊,这厮又能掀起什么腥风血雨?"
  我心里喃喃自语道,"想当年令狐冲大侠在面对武当山下的三位高手时,也未曾有所退缩,还不是凭着一身胆气,用独孤九剑破了冲虚道长的太极剑法"。
  "将军万万不可轻敌啊,第一类曲面积分的题出出来,那就不是它一个人在战斗了,它会召集它的狐朋狗友,一起来迫害考生"
  不知真的,心头听完这话,猛地一颤,难道真的像高斯前辈所言吗?
  究竟是哪一年?
  真题中第一类曲面积分会综合哪些只是来考?
  正当我准备问高斯前辈时,高斯前辈好像看出了我的心思,说道:"大将军你今天重新学习了这么多知识,码了这么多字,况且这又不是简单的写小说,这是在写武侠版的高等数学,不可相提并论,还是先让诸位看官给你点个赞,顺便帮你打赏几个铜板,让助手帮你做顿可口的饭菜,明日咱们再切磋吧"
  "对了,助手啊,今天就做沪式白斩鸡,明天的战斗量会更大,需要给将军补补啊!"
  "恩恩,好嘞,我知道啦"。
  望着助手和高斯前辈远去的背影,我不由得再次陷入沉思:
  明天究竟会有怎样的恶战呢?
  第一类曲面积分究竟会和谁一块来挡我?
  我还需要做什么样的准备?
  .........
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