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斯托克斯定理是斯托一种重要的向量积分定理,它描述了一个曲面与其边界的定理的数达式关系。该定理在物理学、学表工程学、斯托地球科学等领域中有广泛的定理的数达式应用。
设$S$是学表一个光滑的有向曲面,$\\partial S$是斯托$S$的边界,$C$是定理的数达式$\\partial S$的正向边界曲线。如果$F$是学表一个三维向量场,且在$S$内部有连续偏导数,斯托那么斯托克斯定理可以表示为:
$$\\oint_C\\vec{ F}\\cdot\\mathrm{ d}\\vec{ r}=\\iint_S(\abla\\times\\vec{ F})\\cdot\\mathrm{ d}\\vec{ S}$$
其中,定理的数达式$\\vec{ F}$是学表一个三维向量场,$\\mathrm{ d}\\vec{ r}$表示曲线$C$上的斯托微小位移向量,$\\mathrm{ d}\\vec{ S}$表示曲面$S$上的定理的数达式微小面积向量,$\abla\\times\\vec{ F}$表示向量场$\\vec{ F}$的学表旋度。右侧积分表示旋度在曲面$S$上的通量,左侧积分表示向量场$\\vec{ F}$沿着曲线$C$的环量。
斯托克斯定理可以看作是格林定理和高斯定理的推广,它将两者统一在一起。格林定理描述了一个平面与其边界的关系,而高斯定理描述了一个闭合曲面与其内部的关系。斯托克斯定理则描述了一个曲面与其边界的关系,可以看作是两者的结合。
斯托克斯定理的应用非常广泛,例如在电磁学中,它可以用来计算电场和磁场的环量和通量,从而计算电场和磁场的相互作用。在流体力学中,它可以用来计算流体的旋度和环量,从而计算流体的流动特性。在地球科学中,它可以用来计算地球表面的风场和海洋流场的环量和通量,从而研究大气和海洋的运动规律。
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