多元函数 / Green / Gauss / Stokes
FOUNDATION · THEOREM · METHOD
← 返回多元函数
三基详解 · 多元函数

Green / Gauss / Stokes

本页给出标准定义、定理条件、可执行步骤,并用图示梳理从识别到应用的关系。

一、基本概念

标准定义

Green 定理把平面正向闭曲线积分与区域二重积分联系起来;Gauss 定理把闭曲面通量与体积分联系起来;Stokes 定理把定向曲面边界积分与旋度通量联系起来。

Green/区域 → Gauss/闭曲面 → Stokes/边界

二、基本定理

条件与结论

Green:∮(Pdx+Qdy)=∬(Qₓ−Pᵧ)dA;Gauss:∯F·n dS=∭divF dV;Stokes:∮∂S F·dr=∬_S(curlF)·n dS。分别要求相应区域、边界和方向条件。

条件检查

定理只在上述连续性、可导性、定义域、方向或收敛条件满足时使用。

三、基本方法

题目中的执行顺序
  1. 先判断是平面闭曲线、闭曲面还是带边界曲面。
  2. 核对方向、光滑性、闭合性和场的连续可微条件。
  3. 按定理换成更容易计算的区域积分,并保持正向。

例题提示:方向约定错会导致符号相反;Stokes 不要求曲面闭合,Gauss 才要求闭曲面。

四、推广应用

综合题中的连接

可推广到保守场、散度、旋度、势函数和通量计算。

五、易错辨析

反例与边界

易错与例子:方向约定错会导致符号相反;Stokes 不要求曲面闭合,Gauss 才要求闭曲面。

检查条件、变量/方向、边界与等号条件,再确认结论没有超出题设。

Green / Gauss / Stokes:从定义到应用Green/区域Gauss/闭曲面Stokes/边界
Green / Gauss / Stokes的识别、条件核对与计算路径

公式速查

公式、条件、场景

链式法则与全微分

z=f(u,v):zx=fuux+fvvx
dz=fxdx+fydy

条件:变量关系可微;偏导时固定其余自变量。

场景:复合函数、隐函数和方向导数。

极值判别

D=fxxfyy−fxy²
D>0,fxx>0:极小
D>0,fxx<0:极大;D<0:鞍点

条件:先求全部驻点;D=0 无结论。

场景:局部极值、闭区域最值和约束极值。

重积分与坐标

dA=r dr dθ
dV=r dz dr dθ
dV=ρ²sinφ dρ dφ dθ

条件:换坐标时同时替换区域、函数和体积元。

场景:圆、球、旋转体和三重积分。

积分定理

Green:∮Pdx+Qdy=∬(Qx−Py)dA
Gauss:∯F·n dS=∭div F dV

条件:闭合边界、方向和光滑性满足定理要求。

场景:环流、通量和边界积分化简。

使用边界

公式必须和适用条件一起使用;遇到边界、端点、方向或定义域问题,先检查条件再代入。