设曲面对应的函数为,为曲面在面上的投影区域,函数在上具有连续偏导数和,则曲面的在上的面积为:
记其中的作,即,我们称为。
上述定理不进行严格证明,还是通过举例来说明。
先解释一下思路,已知曲面对应的函数为,为曲面在面上的投影区域,如下图所示。
将区域划分为个小矩形,观察第个小矩形及其对应的小曲面,如下图所示。
可用对应的、切点位于点的小切平面来近似,如下图所示。
按照相同的方法,将区域划分得越来越细,对应的小切平面也越来越多且越来越小,如下图所示。此时这些小切平面可很好地近似曲面,从而这些小切平面的面积也可很好地近似曲面的面积,这就是接下来的求解思路。
下面来求出小切平面的面积。小矩形可看作由及围成,小切平面可看作由及围成,如下图所示。
记小矩形的边长为和,则围成小矩形的两个向量可表示为:
围成小切平面的两个向量实际上就是的(对这里不清楚的,可以参考这一课中的分析),所以有:
所以的面积可通过求出,即,其中(为了计算方便,这里将、简记为、,不会影响之后的结果):
注意到以及,所以:
计算出小切平面面积后,将区域划分后对应的小切平面通过积分累加起来,就得到了曲面在上的面积为: