벡터장 의 플럭스를, 방정식이 이고 부터 까지 뻗어 있는 원기둥 면을 통과하는 경우에 대해 구하세요. (원기둥의 옆면(곡면 부분)만 포함하며, 왼쪽과 오른쪽에서 원기둥을 막는 두 원판은 포함하지 않습니다.) 곡면의 방향은 바깥쪽, 즉 축에서 멀어지는 방향입니다.
영어 원문 보기
Find the flux of the vector field through the cylindrical surface whose equation is , and which extends from to . (Only the curved part of the cylinder is included, not the two disks bounding it on the left and right.) The orientation of the surface is outward, i.e., pointing away from the -axis.
정답·풀이 보기
풀이 1 (발산 정리): 라 하자. 그러면 이다. 매우 간단하다. 그러므로 발산 정리를 이용해 보자.
- 라 하자. 우리는 를 계산해야 하며, 여기서 은 의 바깥쪽 법선벡터이다. 는 입체의 경계가 아니므로 발산 정리를 직접 적용하여 를 계산할 수는 없다. 아래 왼쪽 그림은 중에서 제1팔분공간에 있는 부분을 나타낸 것이다.


- 한편 는 다음 입체의 경계와 “거의” 같다.
의 경계 는 세 조각, 곧 와 두 원판
으로 이루어져 있다. 위 오른쪽 그림은 , , , 중에서 제1팔분공간에 있는 부분을 나타낸 것이다.
의 바깥쪽 법선벡터는 이고 의 바깥쪽 법선벡터는 이므로, 발산 정리에 의해 다음을 얻는다.
이고 이므로
풀이 2 (직접 계산): 곡면을 다음과 같이 매개화하자.
그러면
바깥쪽 법선벡터를 얻으려면 음의 부호를 택해야 한다. 따라서
이고,
이므로 구하는 플럭스는
이므로
원본 교재 풀이(영어)
Solution 1 (divergence theorem): Set . Then . That's really simple. So let's try using the divergence theorem.
- Set . We are to compute , with denoting the outward normal to . is not the boundary of a solid, so we cannot compute by applying the divergence theorem directly. The figure on the left below shows the part of that is in the first octant.


- On the other hand , is “almost” the boundary of
The boundary, of consists of three pieces — and the two disks
The figure on the right above shows the parts of , , and that are in the first octant.
The outward normal to is and the outward normal to is , to the divergence theorem gives
Since and ,
Solution 2 (direct evaluation): Let's parametrize the surface by
Then
To get the outward normal, we want the minus sign. So
and, since
the specified flux is
Since ,
한 번 더 — 비슷한 문제CLP-4 · 4.2절 · 1번우리말 번역
를 정육면체
라 하고, 를 정사각형
라 하자. 또 는 연속인 일계 편도함수를 가진다고 하자.
(a) 미적분의 기본정리를 이용하여
임을 보이세요. (b) 발산정리를 이용하여
임을 보이세요.
다 풀었으면 정답 확인
(a) 좌변을 를 가장 안쪽 적분변수로 하는 반복적분으로 나타내면 다음과 같다.
(b) 벡터장 를 정의하자. 그러면 의 발산은 이다. 정육면체 의 경계는 다음 여섯 면의 합집합이다.

다음에 주목하자.
따라서 발산정리에 의해 다음을 얻는다.