Let be an open, two-sided surface bounded by a closed non-intersecting curve (simple closed curve). Consider a directed line normal to as positive if it is on one side of , and negative if it is on the other side of . The choice of which side is positive is arbitrary but should be decided upon in advance. Call the direction or sense of positive if an observer, walking on the boundary of with his head pointing in the direction of the positive normal, has the surface on his left. Then if are single-valued, continuous, and have continuous first partial derivatives in a region of space including , we have
In vector form with and , this is simply expressed as
In words this theorem, called Stoke’s theorem, states that the line integral of the tangential component of a vector taken around a simple closed curve is equal to the surface integral of the normal component of the curl of taken over any surface having as a boundary. Note that if, as a special case in (39), we obtain the result (28).
日: 2014年10月13日
ストークスの定理
を表裏のある開いた面とし,閉じた交差しない曲線 (単純閉曲線)で囲まれているとします. に垂直な直線が の一方の側にあれば正と考え, の反対側にあれば負と考えます.いずれの面が正となるかは任意ですが,あらかじめ決めておく必要があります.仮に観察者が の境界線上を歩きながら,その頭が正の法線方向を指していてその面を左に見ているなら の方向または反時計周りを正と呼びます.そこで仮に が単一値で連続で, を含む空間内のある領域において連続な一階偏微分を有するなら,以下を得ます.
ベクトルの形では および これは以下のように簡潔に表現できます.
つまりこの定理では, ストークスの定理 と呼びますが,単純閉曲線 に渡るベクトル の接線要素の線積分は, を境界とする任意の面 に渡るベクトル の回転の法線要素の面積分に等しいと言えます.特殊例として (39) において とした場合,その結果 (28) を得ることに注意が必要です.