면적분

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1. 개요2. 스칼라장의 면적분3. 벡터장의 면적분4. 관련 문서
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. 개요[편집]

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
, surface integral

벡터 미적분에 등장하는 개념. 곡면에 대한 적분이다. 3차원 공간에 어떤 스칼라장 ff 또는 벡터장 F\mathbf{F}를 곡면 SS 위에서 적분하는 것. 평범한 1차원 적분을 확장한 게 선적분이라면, 2차원인 이중적분을 비슷하게 확장한 것이 이 면적분이다.

\displaystyle\oiint 같이 적분기호에 고리가 있는 경우가 있는데, 적분 대상인 곡면이 닫혀 있다는 것을 뜻한다.[1]
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. 스칼라장의 면적분[편집]

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
곡면 SS에서 스칼라장 ff의 적분:
SfdS=Σf(s(u,v))su×svdudv\displaystyle \iint_S f \,\mathrm{d}S = \iint_{\Sigma} f(\mathbf{s}(u,\,v)) \left\|\frac{\partial\mathbf{s}}{\partial u} \times \frac{\partial\mathbf{s}}{\partial v}\right\| \mathrm{d}u \,\mathrm{d}v
여기서 dS\mathrm{d}SSS의 미소 면적, s\mathbf{s}SSuvuv 평면으로 매개화한 것, Σ\SigmaSS에 대응되는 uvuv 평면의 일부분이다. 좌변은 면적분이며, 우변은 평범한 이중적분이다.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. 벡터장의 면적분[편집]

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
곡면 SS에서 벡터장 F\mathbf{F}의 적분:
SFdS=ΣF(s(u,v)) ⁣(su×sv)dudv\displaystyle \iint_S \mathbf{F} \cdot \mathrm{d}\mathbf{S} = \iint_{\Sigma} \mathbf{F}(\mathbf{s}(u,\,v)) \cdot \!\left(\frac{\partial\mathbf{s}}{\partial u} \times \frac{\partial\mathbf{s}}{\partial v}\right) \mathrm{d}u \,\mathrm{d}v
dS\mathrm{d}\mathbf{S}SS의 미소 면적인 dS\mathrm{d}S의 크기를 가졌으면서 dS\mathrm{d}S와 수직인 벡터, s\mathbf{s}SSuvuv 평면으로 매개화한 것, Σ\SigmaSS에 대응되는 uvuv평면의 일부분이다. 좌변은 면적분이며, 우변은 평범한 이중적분.

이 정의는 방향의 모호함이 있는데, 방향을 바꾸면 마이너스가 붙는다(또는 외적의 순서가 바뀐다). 따라서 면적분을 할 때는 문제를 내는 이가 방향을 잡아 줘야 한다. 단, 폐곡면이라면 닫힌 공간 바깥쪽을 양의 방향으로 잡는 게 일반적이다.

벡터장의 면적분은 벡터장의 선속이라고 보면 된다[2]. 예를 들어, F\mathbf{F}가 물의 속력장이라면, SS에 대한 면적분은 시간당 SS를 통과하는 (방향성이 있는) 물의 부피다.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. 관련 문서[편집]

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[1] 이를 폐적분(closed integral) 이라 한다.[2] 이 개념은 전기장과 자기장을 다루는 전자기학에서 중요하다.[3] 폐곡면의 면적분을 구할 때 매우 유용한 정리다.
 
 
 

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