25.直角坐标与柱坐标下的三重积分

1 直角坐标系下的三重积分

二重积分的几何意义是面积,三重积分的几何意义是体积,二者的计算也是可以类推的

举例:计算两个曲面$z = x^2+y^2$和$z = 4–x^2–y^2$围成的图形的体积

根据$x^2 + y^2\leq 4 – x^2 – y^2$推得$x,y$的限制条件:$x^2+y^2\leq 2$

将限制条件转化为积分上下限,可得以下计算公式: $$\int \! \! \! \int \! \! \! \int_R fdV=\int_{-\sqrt{2}}^{\sqrt{

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模型评价

1 分类模型评价指标

1.1 混淆

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数据偏斜

1 数据偏斜概述

又称为数据不平衡(imbalanced)问题,指分类任务中不同类别之间的样本数差异过大的情况。数据偏斜常见于医疗诊断、文本分类、金融欺诈、异常检测等领域,一般认为样本比例大于4:1时,便存在样本不平衡的问题,一些极端的场景下,会存在1000:1的样本比例,甚至一个类型只有一个样本的情况

数据偏斜问题的影响:干扰建模过程,错

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24.单连通区域,第三次复习

1 单连通区域

单连通区域$R$:由单一的一块组成的区域$R$,即没有“洞”的区域

要求:对于单连通区域$R$内存在的任意闭合曲线$C$,曲线$C$的区域也属于$R$

不满足以上要求的区域则被称为多连通区域,或复连通区域

在之前第21节课中曾提及判定梯度场的前提条件,即$\vec{F}$处处有定义可导。在了解单连通区域的定义后,可以发现此前提条件等价于$\vec{F}$的定义域是单连通区域:

如果$\vec{F}$的旋度是0,且$\vec{F}$的定义域是单连通区域,则$\vec{F}$是保守场/梯度场

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23.通量,完整的格林公式

1 通量

通量衡量沿着曲线前进时通过曲线的向量场多少,也可以用于描述单位时间内流体场$\vec{F}$通过曲线$C$的流量: $$∮_c\vec{F}\cdot \hat{n}ds$$

其中$\hat{n}$就是曲线$C$各点处的单位法向量(前进方向的右侧,右正左负是一种约定成俗)

2 通量的简单计算

部分情况下,可根据通量的定义进行直接计算

假设曲线$C$是圆心在原点,半径为$r$的逆时针旋转得到圆

情况1:$\vec{F}//\hat{n}$,可假设$\vec{F}=<x,y>$

$$∮_

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22.格林公式

1 格林公式

假设$C$为逆时针的封闭曲线,包围着区域$R$;如果向量场$\vec{F}$在曲线$C$和区域$R$处处有定义且处处可微,则存在格林公式使得线积分转化为双重积分: $$∮_c\vec{F}\cdot d\vec{r}=\int \! \! \!\int_Rcurl(\vec{F})dA$$ 坐标形式的格林公式: $$∮_cMdx+Ndy=\int \! \! \!\int_R(N_x-M_y)dA$$

此处限制曲线$C$为逆时针是一种人为规定的方向,也就是一种约定成俗。就好像定义旋度$=N_x-M_y$,而不

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21.梯度场和势函数

1 判断梯度场

上一节对于向量场判断是否为梯度场已有较为全面的表述

本小节将从梯度场的性质出发,展示最常见且便捷的判断方法

如果$\vec{F}$是梯度场,则$\vec{F}=\nabla f,M=f_x,N=f_y$

由$f_{xy}=f_{yx}$可知,梯度场$\vec{F}$需要满足:$M_y=N_x$

  • $\vec{F}$是梯度场,是$M_y=N_x$的充分不必要条件
  • $M_y=N_x$在$\vec{F}$处处有定义可导的前提下,可推得$\vec{F}$是梯度场
  • 在后续的第24节课中将提及,这

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20.路径独立和保守场

1 梯度场与势函数

回归向量场的定义:$\vec{F}=M\vec{i}+N\vec{j}=<M(x,y),N(x,y)>$

假设存在一个函数$f(x,y)$,并且关系$f_x=M,f_y=N$成立,即: $$\vec{F}=<M,N>=<f_x,f_y>=\nabla f$$

则此向量场描述的是一个函数$f(x,y)$的梯度,$\vec{F}$也叫做梯度场,函数$f$叫做势函数

此处可关联物理学方便理解,$\vec{F}$描述的是重力场,则$f$描述的是重力势能。做功的计算既可以

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19.平面向量场的线积分

1 平面向量场

向量场(vector fields)将空间中的点映射为向量,用于描述空间流体或力的强度和方向

常见的向量场举例:风场、引力场、电磁场、水流场

假设存在函数$M(x,y)$和$N(x,y)$,用$\vec{F}$来描述向量场: $$\vec{F}=M\vec{i}+N\vec{j}$$ 示例1:$\vec{F}=2\vec{i}+\vec{j}$,其向量场可视化结果如下:

示例2:$\vec{F}=x\vec{j}$,其向量场可视化结果如下:

示例3:$\vec{F}=-y\vec{i}+x\vec{j}$,其向量场可视化结果

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18.变量替换

1 变量替换的示例

在上一节中,从直角坐标系到极坐标的转换其实是一种换元法的特例: $$\int\int_Rf(x,y)dA=\int\int_Rg(r,\theta)rdrd\theta$$

在本小节,对这类方法进行拓展,并以例题的形式对变量替换法(换元法)进行说明

例题:计算$(\frac{x}{a})^2+(\frac{y}{b})^2=1$椭圆面积

分析:考虑借助$u=\frac{x}{a},v=\frac{y}{b}$进行换元

  1. 此时可得微分关系:$du=\frac{1}{a}dx,dv\frac{1

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