Курс лекций математического анализа

Теорема. Пусть - замкнутая кусочно-гладкая поверхность, ограничивающая тело в пространстве. Пусть выбрана внешняя сторона . Пусть - функции, имеющие непрерывные производные на . Тогда . Равносильная формулировка: , где - внешняя нормаль к .

Доказательство. Предположим, что ограничено сверху - графиком функции , снизу - , , а сбоку – цилиндрической поверхностью .

Вычислим , т.к. на внешняя нормаль составляет с осью тупой угол.

Далее, на и можно добавить к сумме слагаемое .

Итак, .

Далее, если поверхность можно представить в виде объединения поверхностей и цилиндрической поверхности, то ,и, при аналогичных условиях, .

Поэтому, если поверхность удовлетворяет условиям всех трех случаев, то .

Теперь предположим, что состоит из конечного числа тел , разделенных гладкими поверхностями , причем эти тела удовлетворяют сформулированным выше условиям. Для простоты, пусть .

Тогда . Каждый из интегралов преобразуем по формуле Остроградского-Гаусса как , где взяты внешние стороны поверхностей .

Поверхности имеют общую часть , причем их внешние нормали на противоположны и интегралы по от взаимно сократятся, поэтому .

Тем самым, теорема доказана.

Векторная запись формулы Остроградского. Вспомним формулировку теоремы Остроградского-Гаусса: , где - непрерывно дифференцируемое векторное поле, - замкнутая поверхность, ограничивающая объем и - вектор внешней нормали.

Левая часть формулы имеет вид , т.е. представляет собой поток через внешнюю сторону , а правую часть можно выразить следующим образом: . Итак, векторная формулировка теоремы Остроградского-Гаусса:

При сформулированных выше условиях .