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斯托克斯定理
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zhimin-z committed Sep 18, 2024
1 parent c2db37c commit 990a694
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Expand Up @@ -2293,7 +2293,9 @@ $$

对于一个凸集,支撑超平面(Supporting Hyperplane)是与凸集边界切线的超平面,即它“支撑”了凸集,使得所有的凸集内的点都位于支撑超平面的一侧。形式上,若 $S$ 是非空凸集,且 $x_0$ 是 $S$ 的边界上的一点,那么存在一个包含 $x_0$ 的支撑超平面。如果 $x^* \in X^* \backslash \{0\}$($X^*$ 是 $X$ 的对偶空间,$x^*$ 是一个非零的线性泛函),并且对于所有 $x \in S$ 都有 $x^*\left(x_0\right) \geq x^*(x)$,那么
$$
\begin{equation}H = \{x \in X: x^*(x) = x^*\left(x_0\right)\}\end{equation}
\begin{equation}
H = \{x \in X: x^*(x) = x^*\left(x_0\right)\}
\end{equation}
$$
定义了一个支撑超平面。

Expand All @@ -2312,19 +2314,46 @@ $$
### 第一部分:积分与导数的关系
如果函数 $f(x)$ 在区间 $[a, b]$ 上是连续的,那么定义一个函数 $F(x)$ 为
$$
\begin{equation}
F(x) = \int_{a}^{x} f(t)\, dt
\end{equation}
$$
则函数 $F(x)$ 在 $[a, b]$ 上是可导的,且其导数是 $f(x)$,即
$$
\begin{equation}
F'(x) = f(x)
\end{equation}
$$
这部分的含义是:如果你用积分定义了一个函数,那么这个函数的导数正好等于被积函数。换句话说,积分的结果是一个原函数,取导数可以还原被积函数。

### 第二部分:定积分与原函数的关系
如果 $F(x)$ 是 $f(x)$ 的一个原函数,即 $F'(x) = f(x)$,那么
$$
\begin{equation}
\int_{a}^{b} f(x)\, dx = F(b) - F(a)
\end{equation}
$$
这部分表示:计算定积分可以通过找到被积函数的原函数,然后将其在积分区间的上下限代入。这简化了定积分的计算过程,只需要知道原函数即可。

这一定理的证明可在任意一本大学高等数学教材中找到,因此在此不再赘述。
这一定理的证明可在任意一本大学高等数学教材中找到,因此在此不再赘述。



## 1.2.30 斯托克斯定理

斯托克斯定理(Stokes' Theorem)是矢量微积分中的一个重要定理,它将曲面上的曲面积分和曲面边界上的线积分联系起来,是高维微积分中的重要结果之一。斯托克斯定理表述为:

$$
\oint_{\partial S} \mathbf{F} \cdot d\mathbf{r} = \int_{S} (\nabla \times \mathbf{F}) \cdot d\mathbf{S}
$$

其中:
- $\oint$ 表示闭合路径上的积分,也就是说积分的路径是一个闭合曲线。
- $S$ 是一个光滑的曲面,表示积分是在曲面 $S$ 上进行的。
- $\partial S$ 是曲面 $S$ 的边界,即一个闭合曲线。
- $d\mathbf{S}$ 是曲面 $S$ 上的微小面积元向量,方向与曲面法线方向一致。
- $d\mathbf{r}$ 是沿边界曲线 $\partial S$ 的微小位移向量。
- $\mathbf{F}$ 是定义在空间中的一个向量场。
- $\nabla \times \mathbf{F}$ 是向量场 $\mathbf{F}$ 的旋度(curl)。

斯托克斯定理的物理意义可以理解为:曲面上向量场的旋度的流量等于该曲面边界上向量场的环量。

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