먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.
CLP-4 · 4.4절 · 25번대학 수준우리말 번역
S 를 아래의 곡면이라 하고, 바깥쪽 법선으로 방향을 정하자.
x2+y2+2(z−1)2=6,z≥0.
(예를 들어, 곡면의 가장 높은 점에서 단위법선벡터는 k^ 이다.)
다음과 같이 정의한다.
G=∇×F,whereF=(xz−y3cosz)^+x3ez^+xyzex2+y2+z2k^.∬SG⋅n^dS 의 값을 구하세요.
영어 원문 보기
Let S be the curved surface below, oriented by the outward normal:
x2+y2+2(z−1)2=6,z≥0.
(E.g., at the high point of the surface, the unit normal is k^.)
주어진 곡면은 (x,y,z)=(0,0,1) 을 중심으로 하는 타원면이다.
이 곡면은 평면 z=0 위의 곡선 C 를 덮고 있으며, 이 곡선은 x2+y2=4 로 주어진다.
이는 원점을 중심으로 하고 반지름이 2 인 원이며, z축의 양의 방향에서 볼 때 시계 반대 방향으로 방향이 정해져 있다.
방법 I — 스토크스 정리를 두 번 사용:D 를 평면 위의 원판 x2+y2≤4, z=0 이라 하자.
스토크스 정리를 두 번 사용하면 다음을 얻는다.
∬SG⋅n^dS=∬S∇×F⋅n^dS=∮CF⋅dr=∬D∇×F⋅n^dS=∬DG⋅n^dS
이제 D 위에서 n^=k^ 이고 z=0 이므로, 이 곡면 위에서
그러므로
∬SG⋅n^dS=16∫02π(43+41cos(4θ))dθ=16×43×(2π)=24π
원본 교재 풀이(영어)
The given surface is an ellipsoid centred at (x,y,z)=(0,0,1).
It caps a curve C in the plane z=0, given by x2+y2=4.
This is a circle of radius 2 centred at the origin, oriented
counterclockwise when viewed from the positive z-axis.
Method I — double Stokes':
Let D denote the plane disk x2+y2≤4, z=0.
Using Stokes' theorem twice gives
∬SG⋅n^dS=∬S∇×F⋅n^dS=∮CF⋅dr=∬D∇×F⋅n^dS=∬DG⋅n^dS
Now in D we have n^=k^ and z=0, so on this surface,