电磁场 与电磁波（第四版） 课后答案第一章 习 题 解答1.1 给定三个矢量A 、B 和C 如下： 23x y z =+-A e e e4y z =-+B e e 52x z =-C e e求：（1）A a ；（2）-A B ；（3）A B ；（4）AB θ；（5）A 在B 上的 分量；（6）⨯A C ；（7）()⨯A B C 和()⨯A B C ；（8）()⨯⨯A B C 和()⨯⨯A B C 。

解 （1）23A x y z +-===e e e A a e e e A （2）-=A B (23)(4)x y z y z +---+=e e e ee 64x y z +-=e e e （3）=A B (23)x y z +-e e e (4)y z -+=e e －11 （4）由cos AB θ=14-==⨯A B AB ，得1cos AB θ-=(135.5= （5）A 在B 上的分 量 B A =A cos AB θ=1117=-A B B （6）⨯=A C 123502x yz-=-e e e 41310x y z ---e e e（7）由于⨯=B C 041502x yz-=-e e e 8520x y z ++e e e⨯=A B 123041xyz-=-e e e 1014x y z ---e e e所以 ()⨯=A B C (23)x y z +-e e e (8520)42x y z ++=-e e e ()⨯=A B C (1014)x y z ---e e e (52)42x z -=-e e（8）()⨯⨯=A B C 1014502x y z---=-e e e 2405x y z -+e e e()⨯⨯=A B C 1238520xy z -=e e e 554411x y z --e e e1.2 三角形的三个顶点 为1(0,1,2)P -、2(4,1,3)P -和3(6,2,5)P 。

（1）判断 123PP P ∆是否为一 直角三角形； （2）求三角形的面积。

解 （1）三个顶点1(0,1,2)P -、2(4,1,3)P -和3(6,2,5)P 的位置 矢量分别为12y z =-r e e ，243x y z =+-r e e e ，3625x y z =++r e e e则 12214x z =-=-R r r e e ， 233228x y z =-=++R r r e e e ，311367x y z =-=---R r r e e e由此可见1223(4)(28)0x z x y z =-++=R R e e e e e故123PP P ∆为一直角三角形。

（2）三角形的面积122312231117.1322S =⨯=⨯==R R R R（3）1.3 求(3,1,4)P '-点到(2,2,3)P -点的距离矢量R 及R 的方向。

解 34P x y z '=-++r e e e ，223P x y z =-+r e e e ， 则 53P P P P x y z ''=-=--R r r e e e 且P P 'R 与x 、y 、z 轴的夹角分别为11cos ()cos 32.31x P P x PP φ--''===e R R 11cos()cos 120.47y P PyP P φ'--'===e R R11cos ()cos (99.73z P P z P P φ--''===e R R1.4 给定两矢量234x y z =+-A e e e 和456x y z =-+B e e e ，求它们之间的夹角和A 在B 上的分量。

解 A与B 之间的 夹角 为 11cos ()cos 131θ--===AB A B A B A 在B 上的分量为 313.53277B A -===-B A B1.5 给定两矢量234x y z =+-A e e e 和64x y z =--+B e e e ，求⨯A B 在x y z =-+C e e e 上的分量。

解 ⨯=A B 234641xy z-=--e e e 132210x y z -++e e e 所以⨯A B 在C 上的分量为 ()⨯=C A B ()2514.433⨯=-=-A B C C1.6 证明：如果A B =A C 和⨯=A B ⨯A C ，则=B C ；解 由⨯=A B ⨯A C ，则有()()⨯⨯=⨯⨯A A B A A C ，即()()()()-=-A B A A A B A C A A A C由于A B =A C ，于是得到 ()()=A A B A A C 故 =B C1.7 如果给定一未知 矢量与一已知矢量的标量积和 矢量积，那么便可以确定该未知矢量。

设A 为一已知矢量，p =A X 而=⨯P A X ，p 和P 已知，试求X 。

解 由=⨯P A X ，有()()()()p ⨯=⨯⨯=-=-A P A A X A X A A A X A A A X 故得 p -⨯=A A P X A A1.8 在圆柱坐标中，一点的位置由2(4,,3)3π定出，求该点在：（1）直角坐标中的坐标；（2）球坐标中的坐标。

解 （1）在直角坐标系中4cos(22x π==-、4sin(23)y π==3z =故该点的直角坐标为(2,-。

（2）在球坐标系中 5r ==、1tan (43)53.1θ-==、2120φπ==故该点的球坐标为(5,53.1,120)1.9 用球坐标表示的场225r r=E e ， （1）求在直角坐标中点(3,4,5)--处的E 和x E ；（2）求在直角坐标中点(3,4,5)--处E 与矢量22x y z =-+B e e e 构成的夹角。

解 （1）在直角坐标 中点(3,4,5)--处，2222(3)4(5)50r =-++-=，故22512rr ==E e1cos220x x rx E θ====-e E E（2）在直角坐标中点(3,4,5)--处，345x y z =-+-r e e e ，所以233452525r r -+-===e e e r E故E 与B 构成的夹角为 11cos ()cos (153.63θ--===EB E B E B1.10 球坐标中两个点111(,,)r θφ和222(,,)r θφ定出两个位置矢量1R 和2R 。

证明1R 和2R 间夹角的余弦为121212cos cos cos sin sin cos()γθθθθφφ=+-解 由 111111111sin cos sin sin cos x y z r r r θφθφθ=++R e e e222222222sin cos sin sin cos x y z r r r θφθφθ=++R e e e 得到 1212cos γ==R R R R1122112212sin cos sin cos sin sin sin sin cos cos θφθφθφθφθθ++=121211212sin sin (cos cos sin sin )cos cos θθφφφφθθ++= 121212sin sin cos()cos cos θθφφθθ-+1.11 一球面S 的半径为5，球心在原点上，计算：(3sin )d r Sθ⎰e S 的值。

解 (3sin )d (3sin )d r r r SSS θθ==⎰⎰e S e e 2220d 3sin 5sin d 75ππφθθθπ⨯=⎰⎰1.12 在由5r =、0z =和4z =围成的圆柱形区域，对矢量22r z r z =+A e e 验证散度定理。

解 在圆柱坐标系中 21()(2)32rr z r r rz∂∂∇=+=+∂∂A所以 425d d d (32)d 1200z r r r πττφπ∇=+=⎰⎰⎰⎰A又2d (2)(d d d )rz r r z z SSrz S S S φφ=+++=⎰⎰A S e e e e e42522000055d d 24d d 1200z r r ππφφπ⨯+⨯=⎰⎰⎰⎰故有 d 1200ττπ∇=⎰A d S=⎰A S1.13 求（1）矢量22222324x y z x x y x y z =++A e e e 的散度；（2）求∇A 对中心在原点的一个单位立方体的积分；（3）求A 对此立方体表面的 积分，验证散度定理。

解 （1）2222232222()()(24)2272x x y x y z x x y x y z x y z∂∂∂∇=++=++∂∂∂A（2）∇A 对中心在原点的一个单位立方体的积分为12121222221212121d (2272)d d d 24x x y x y z x y z ττ---∇=++=⎰⎰⎰⎰A （3）A 对此立方体表面的积分1212112221212121211d ()d d ()d d 22Sy z y z ----=--+⎰⎰⎰⎰⎰A S121212122222112121112()d d 2()d d 22x x z x x z ------+⎰⎰⎰⎰1212121222322311212111124()d d 24()d d 2224x y x y x y x y ------=⎰⎰⎰⎰ 故有 1d 24ττ∇=⎰A d S=⎰A S1.14 计算矢量r 对一个球心在原 点、半径为a 的球表面的积分，并求∇r 对球体积的积分。

解 2230d d d sin d 4r SSS aa a ππφθθπ===⎰⎰⎰⎰r S r e又在球坐标系中，221()3r r r r∂∇==∂r ，所以223000d 3sin d d d 4ar r a ππττθθφπ∇==⎰⎰⎰⎰r1.15 求矢量22x y z x x y z =++A e e e 沿xy 平面上的一个边长为2的正方形回路的线积分，此正方形的两边分别与x 轴和y 轴相重合。

再求∇⨯A 对此回路所包围的曲面积分，验证斯托克斯定理。

解 222220d d d 2d 0d 8Cx x x x y y =-+-=⎰⎰⎰⎰⎰A l又 2222x y zx z yz x x y z xx y z∂∂∂∇⨯==+∂∂∂e e e A e e所以 2200d (22)d d 8x z z Syz x x y ∇⨯=+=⎰⎰⎰A S e e e故有d 8C=⎰A l d S=∇⨯⎰A S1.16 求矢量2x y x xy =+A e e 沿圆周222x y a +=的线积分，.再计算∇⨯A 对此圆面积的积分。