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定理已证明

散度定理(高斯–奥斯特罗格拉德斯基定理)

命题陈述

设 V⊂R3V \subset \mathbb{R}^3 是一个有界区域,其光滑边界 ∂V\partial V 以外法向量 n\mathbf{n} 定向,F\mathbf{F} 是在 V‾\overline{V} 的某邻域上连续可微的向量场。那么 ∭V(∇⋅F) dV=∬∂VF⋅n dS\iiint_V (\nabla \cdot \mathbf{F})\, dV = \iint_{\partial V} \mathbf{F} \cdot \mathbf{n}\, dS。

为什么成立?

散度 ∇⋅F\nabla \cdot \mathbf{F} 衡量向量场在每一点向外扩散的程度,就像流体在那里被产生或消失的净速率。把区域内部所有这些局部产生量加起来,必须恰好等于穿过边界逃逸出去的净流量——中间不会损失任何东西,只能通过表面离开。

证明思路

先对一个长方体证明该定理:对每个坐标方向应用微积分基本定理,使每一对相对面贡献与 ∂Fi/∂xi\partial F_i/\partial x_i 相匹配的通量差。再用相同的单变量论证逐分量地推广到一般的基本区域(沿每个轴方向被上下两个图像所夹的区域),然后用这类基本区域的并集覆盖一般区域并求和,注意共享内部面上的通量相互抵消,只剩下穿过外边界的通量。

提出者

用到此定理的主题

相关定理

分步证明

该定理暂无分步证明。

参考文献

  1. Jerrold E. Marsden, Anthony J. Tromba (2003). Vector Calculus