Hoffmann Miklós
Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ
Legyen a T tartományon értelmezett elemi felület. Legyen B a T-nek egy
egyszeresen összefüggő, korlátos, zárt, mérhető résztartománya. Ennek a képe egy felületdarab.
A felületdarabba írt poliéder csúcsai a felületre, a kontúrján levő csúcspontok a B határának
képére illeszkednek. Egy ilyen beírt poliéder normális, ha a poliéderhez a B olyan
háromszögrendszere tartozik, hogy bármely
pont legfeljebb egy háromszög belső pontja
és a B-beli háromszögrendszer szögeinek van pozitív alsó korlátja. A beírt poliéder
finomodó, ha a hozzátartozó B-beli háromszögrendszerben az oldalhosszak zérushoz
tartanak.
11.1. Definíció. Egy felületdarab felszínén a felületdarabba írt finomodó, normális poliédersorozatok felszíneinek közös határértékét értjük.
11.2. Tétel. Legyen B az elemi felület értelmezési tartományának egy egyszeresen összefüggő, korlátos, zárt, mérhető résztartománya. A felület ehhez a tartományhoz tartozó darabjának létezik felszíne és
Egy véges felület felszínét úgy értelmezzük, hogy azt véges sok közös belső pont nélküli darabra vágjuk, melyekre már teljesednek a tétel feltételei és ezek felszíneinek összegeként definiáljuk a felület felszínét. Az integrál additivitásából adódik, hogy a kapott felszín független a darabolástól.Ha egy felület nem tesz eleget a tétel feltételeinek, de megközelíthető ennek elegettevő felületdarabok növekedő sorozatával, úgy ezek felszíneinek határértéke a felület felszíne. (Itt a növekedésen azt értjük, hogy egy felületdarab tartalmazza az őt megelőzőt és a felület minden pontja eleme valamely közelítő felületnek vagy ilyen pontokból álló sorozat határértéke.)
A felületdarab felszínének létezik egy másik értelmezése is. Legyen a felület
alakban megadva, ahol az
egy mérhető B tartományt fut be. A felületen a
paramétervonalak egy görbevonalú rácshálózatot alkotnak. Legyen
egy rácspont,
és
két szomszédos,
pedig ezeket egy görbevonalú négyszöggé
kiegészítő rácspont. A P-beli
,
paramétervonalérintők egy
érintőparalelogrammát feszítenek fel. Ez a paralelogramma jól közelíti a PQRS felületi
négyszöget. Minden pontban elkészítve az előbbi paralalogrammát egy "pikkelyrendszert" kapunk.
A felület felszínét ilyen pikkelyrendszer pikkelyterület összegeinek határértékeként értelmezzük,
ha a rácsrendszer minden határon túl finomodó. Egy ilyen pikkely területe
ezek összege a fenti tételben szereplő integrál integrálközelítő összege.
Ha a felület alakban adott, akkor a felszín kifejezése egyszerűsödik:
11.3. Példa. A gömb felszínének kiszámítása. Tekintsük a gömb következő előállítását:
Az első alapmennyiségeket fogjuk meghatározni.
A kapott parciális deriváltakat felhasználva:
Az alapmennyiségek mátrixának determinánsa
A gömbnyolcad felszínére kapjuk, hogy
melyből a teljes felszín