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当前位置:电子发烧友网 > 图书频道 > 电子 > 《高等数学》 > 第9章 曲线、曲面积分

第1节 曲线积分

9.1 曲线积分

9.1.1 第一类曲线积分

公式:=

应用前提:

1.曲线L光滑,方程可以写成为:

2.函数在L上有定义,且连续。

公式变形:若L为平面曲线,L方程为,则公式可以写成为:

常用计算法:

1.对于曲线L可以写成为参数形式的,可直接套用公式.

2.对于平面曲线,可以用公式的变形.

3.计算中,根据图形特点,直接将ds化为dx,dy或dz.

如: ,其中:ds=P(x,y,z)dx ,x

4.当L是简单的折线段时,可以将L分为几个连续线段的和,然后分别求积分,再求和。(注意:由于折线段不连续,所以这种情况下不能对L直接套用公式,否则,公式中的将有无意义的点.

公式推导及证明

推导的总体思想:将曲线L先分割,再求和,最后取极限。推导过程中要用到:中值定理,弧长公式及连续函数的一些极限性质.

分割:在L上插入n个分割点,令,();

记d=max(),为[]上的弧长,为[]上任意一点.

求和:利用积分定义,

由弧长公式:

由中值定理:

其中是由中值定理确定的[]上的一点,

于是:

利用,,,的连续性,有:

于是:

右端是黎曼积分和数,利用黎曼积分定义

取极限:得公式:

9.1.2 第二类曲线积分

问题的来源:物理上,力F作用于物体上,使之沿曲线AB由A运动到B,求力F所做的功W.

公式的推导

分割:将AB曲线分为小弧段,...,.在每个小段上将F视为常力F.于是上作功,(其中,线段与的夹角)

在x,y,z三轴正方向的投影.

则:

做和:

 

9.1.3 两类曲线积分的联系

设曲线上以(t,x),(t,y),(t,z)表示正向切线t与三正向坐标系的夹角.于是

,,,据二类曲线计算公式:

;

由一类曲线推导得:

由曲线方程对称性的公式如下:

对于平面时,公式可化为:

平面上,设n为法方向,t为切向,则cos(t,x)=cos(n,y),cos(t,y)=-cos(n,x)

于是: