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设曲面由直线绕直线旋转一周得到,为其介于平面与之间部分的外侧。计算。

答案

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(1)求旋转曲面。母线为 轴,方向为 ;旋转轴的单位方向为 。两线交于原点,生成圆锥面,半顶角满足 。锥面上的点满足

即 。
(2)确定圆锥尺寸并补面。记 ,题给曲面是 的圆锥侧面。平面 只在顶点与这一叶相交;平面 垂直于轴线,锥高 。底圆上的点到原点的距离为 ,故底圆半径满足 。
补上 的底圆盘 ,取外法向量 。圆锥体 的体积为

(3)高斯公式与补面通量。向量场 光滑,散度为 ,闭合后的两片均取外侧,所以 。在底面上,

故 。相减得