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n维空间连续几何体的体积计算

已有 4609 次阅读 2017-6-30 09:36 |个人分类:特殊几何体体积|系统分类:科研笔记

$n$ 维空间连续几何体的体积计算


    $$ $n$ 维空间连续几何体 $R$ 的体积的积分计算可定义如下:

$\mathrm{Vol}(R)=\int_{s\in R}\mathrm{1\bullet d}s$      (1)

对上述的积分计算有如下定理:

   【定理】 若 $n$ 维空间连续几何体R的边界 $\partial R$ 已知,则几何体 $R$ 的体积的可积分计算如下

$\mathrm{Vol}(R)=\cfrac{1}{n}\int_{z\in\partial R}\left|\mathrm{det}[z,c_{1},c_{2},...,c_{n-1}]\right|\mathrm{d}z_{1}\mathrm{d}z_{2}...\mathrm{d}z_{n-1}$

其中 $\mathrm{d}z$ 为 $n$ 维空间中边界点 $z$ 的 $n-1$ 维切平面,并可表示为

$\mathrm{d}z=c_{1}\mathrm{d}z_{1}+c_{2}\mathrm{d}z_{2}+\cdots+c_{n-1}\mathrm{d}z_{n-1}$

其中 $\mathrm{rank}[z,c_{1},c_{2},\cdots,c_{n-1}]=n$ ; $\mathrm{d}z_{i}(i=1,2,\cdots,n-1)$ 为描述 $n-1$ 维切平面 $\mathrm{d}z$ 的 $n-1$ 个参变量。


   【证明】当 $n$ 维空间连续几何体 $R$ 的边界 $\partial R$ 已知时,由式(1)的体积定义式可得如下体积计算式:

$\mathrm{Vol}(R)=\int_{z\in\partial R}\mathrm{Vol}(z\otimes\mathrm{d}z)$

其中 $z\otimes\mathrm{d}z$ 为由原点、边界点 $z$ 和 $n-1$ 维切平面 $\mathrm{d}z$ 所构成的 $n$ 维空间中的椎体。由行列式与体积关系定理(见本人博文:求救关于行列式与几何体体积的关系的定理的出处), $z\otimes\mathrm{d}z$ 的体积可计算如下:

$\mathrm{Vol}(z\otimes\mathrm{d}z)=\frac{1}{n}\left|\mathrm{det}[z,c_{1}\mathrm{d}z_{1},c_{2}\mathrm{d}z_{2},...,c_{n-1}\mathrm{d}z_{n-1}]\right|$

因此,我们有

$\mathrm{Vol}(R)=\cfrac{1}{n}\int_{z\in\partial R}\left|\mathrm{det}[z,c_{1},c_{2},...,c_{n-1}]\right|\mathrm{d}z_{1}\mathrm{d}z_{2}...\mathrm{d}z_{n-1}$

     

    上述定理本人于2017.6给出并证明。该定理是一个体积计算的基本定理,应该早就有文献提出并证明,不知在哪里可以查到该定理或相关定理最早的出处????



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