有向曲面的概念
在光滑曲面上任取定一点,并作曲面的法线,该法线有两个可能的方向,选定其中一个方向,如果点在曲面上沿任一路径连续地变动后(不跨越曲面的边界)回到原来的位置时,相应的法向量的方向与原方向相同,就称是一个双侧曲面;如果相应的法向量的方向与原方向相反,就称是一个单侧曲面.
通常我们遇到的曲面都是双侧的,如球面、旋转抛物面、马鞍面等.但是单侧曲面也是存在的,所谓的莫比乌斯带就是一个典型的单侧曲面的例子.
有一长方形纸条,将其一端扭转,再与另一端粘合起来就可得到莫比乌斯带.
“莫比乌斯地铁系统”
今后我们总假定所考虑的曲面是双侧的.对于双侧曲面,我们可通过选定曲面上的一个法向量来规定曲面的侧.反之,我们也可通过选定曲面的侧来规定曲面上各点处的法向量的指向.
例如,对开曲面,有上侧和下侧之分,取它的法向量指向朝上,我们就认为取定曲面的上侧(图(1));又如,对于闭曲面,有外侧和内侧之分,如果取定它的法向量指向朝外,我们就认为取定曲面的外侧(图(2)),这种取定了侧的曲面称为有向曲面.
设是有向曲面.在上取一小块曲面,把投影到面上得一投影区域,记该投影区域的面积为.假定上各点处的法向量与轴的夹角的余弦有相同的符号(即都是正的或都是负的).我们规定在面上的投影
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类似地,可以定义在及面上的投影及.
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