8-3 格林公式及应用
格林公式及其应用
其中L是 D的取正向的边界曲线.
格林公式的实质: 沟通了沿闭曲线的积分与二重
积分之间的联系.
3. 简单应用
(1) 计算平面面积
格林公式
D
Q x
P y
dxdy
L
Pdx
Qdy
取 P y, Q x,
得
2 dxdy L xdy ydx
D
闭区域D的面积
A 1 xdy ydx 2L
例1 求椭圆 x a cos t, y bsint,0 t 2
解 由格林公式
(e x sin y my )dx (e x cos y m)Ody AO OA
A(a,0)x
mdxdy
1 8
ma 2
OA的方程为y 0, 0 x a
D
故
(e x sin y my )dx (e x cos y m)dy
a
0dx 0
OA
0
所以, I 1 ma2 0 1 ma2.
AO OA OA 8
8
(3) 简化二重积分
D
(Q x
P y
)dxdy
L
Pdx
Qdy
例5 计算 e y2dxdy, 其中D是
D
y 1B
A
以O(0,0), A(1,1), B(0,1)
D
为顶点的三角形闭区域.
解 令 P 0, Q xe y2
O
1x
则 Q P e y2 格林公式
x y
e y2dxdy
规定 边界曲线L的正向 当观察者沿边界行走时,区域D总在他的左边.
y L
D
L
D
l
O
x
L+l 称为复合闭曲线
格林公式及其应用
PdxP dxP dx
L
L 1
L 2
L 1:y1(x)
Oa
bx
b
a
a P [x ,1 (x )d x ] bP [x ,2 (x )d x ]
a b {P [x ,2 (x ) ]P [x ,1 (x )d ]x } DPydxdy.
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设 D :1 ( y 区 ) x 2 ( y )c 域 ,y d .
终位于他. 的左侧 D带有正向的边 为D 界 的曲 正线 向称 边.界曲
例 D 1 : 如 {x ,(y )x 2 y 2 1 } ,
z
正向边界为逆时针的 走单 向 位圆周{(x, y) x2 y2 1}.
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O
1y
x1
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z
D 2:{x (,y)x2y21}
正向边界为顺时针走
第十一章
第三节(1) 格林公式及其应用
一、格林公式 二、格林公式的简单应用
2021/3/9
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一、格林公式
1.单(复)连通区域及其正向边界
D设 为一平面 ,如区果 D域 内任意一条闭曲
所围的有界区D域 ,则都 称 D是 属平 于面单连通
域,不是单连通的称 平为 面复 区连 域.通区域
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情形三D是 复连通.区域
将 D沿辅A 助 割 B线 ,开 得到 L1以 BA L2A为 B
正向边界的 . 单连通区域
D(Q xPy)dxdy
L1
L2 A
B
D
P (x,y)d xQ (x,y)d y
格林公式的应用
格林公式的应用格林公式是数学中的一个重要定理,它描述了二维平面区域内的曲线积分与面积积分之间的关系。
格林公式的应用涉及到多个领域,包括物理学、工程学和地理学等。
本文将介绍格林公式的基本概念,以及在不同领域中的具体应用。
格林公式最基本的形式可以表述为:设D是一个平面区域,边界为C,f(x, y)和g(x, y)在D上具有一阶连续偏导数,则有如下等式成立:∬(∂f/∂y - ∂g/∂x)dxdy = ∮(f dx + g dy)其中,左侧是曲线积分的面积分,右侧是曲线C的环绕积分。
这个公式的应用涉及到对平面区域内函数的积分运算,可以帮助我们求解各种问题。
在物理学中,格林公式常常用于描述电场和磁场的分布情况。
通过格林公式,我们可以计算电场或磁场在一个闭合曲线上的环绕积分,从而得到场的总量。
这对于分析电磁场的性质和相互作用至关重要。
格林公式的应用使得我们能够更准确地描述电磁场的分布规律,为电磁学的研究提供了重要的数学工具。
在工程学中,格林公式常常用于求解流体力学和热力学中的问题。
例如,在流体力学中,我们可以利用格林公式计算流体在一个闭合曲线上的环绕积分,从而得到流体的流量。
这对于设计管道系统、风力发电机等工程项目具有重要意义。
格林公式的应用使得工程师能够更好地分析和优化工程设计,提高工程项目的效率和可靠性。
在地理学中,格林公式常常用于描述地形和地势的特征。
通过格林公式,我们可以计算地形图上不同区域的坡度和高程变化,从而揭示地表的地貌特征。
格林公式的应用使得地理学家能够更准确地理解地球表面的形态和结构,为地质勘探和自然灾害预测提供重要依据。
总之,格林公式作为数学中的重要定理,在物理学、工程学和地理学等领域都有着广泛的应用。
通过对格林公式的理解和运用,我们能够更深入地研究自然现象和工程问题,为科学研究和工程实践提供有力支持。
希望本文能够帮助读者更好地理解格林公式的应用及其重要性。
格林公式及其应用
o
Dn x
n
Pd界)
L Pdx Qdy
证毕
格林公式
D
Q x
P y
dxd
y
L
P
dx
Q
d
y
推论: 正向闭曲线 L 所围区域 D 的面积
A
1 2
L
xd y
y
dx
例如, 椭圆
L
:
x
y
a cos b sin
,
0 2
所围面积
1 2 (abcos2 absin2 ) d ab 20
例1. 设 L 是一条分段光滑的闭曲线, 证明
2xy dx x2 dy 0 L
证: 令 P 2xy, Q x2, 则
利用格林公式 , 得
针方向, 记 L 和 lˉ 所围的区域为 D1 , 对区域 D1 应用格
林公式 , 得
y
xdy ydx l x2 y2
xdy ydx Ll x2 y2
0d xdy 0
D1
lL
o
x
D1
2
0
r2
cos2 r 2
r2
sin2
d
2
二、平面上曲线积分与路径无关的等价条件
即 d u(x, y) P dx Q dy (4) 在 D 内每一点都有 P Q .
y x
证明 (1)
(2)
设 L1, L2 为D 内任意两条由A 到B 的有向分段光滑曲
格林公式内容
格林公式内容格林公式是高等数学中的一个重要公式,不过您这标题提到要从小学到高中的教材角度来写,可格林公式并不在这个阶段的教材里呀。
但既然接到了这个任务,那我就用比较通俗易懂的方式来跟您聊聊这个不在小学到高中教材里的格林公式,尽量让您有个初步的了解。
咱先来说说格林公式到底是啥。
简单来讲,格林公式把沿着一个封闭曲线的曲线积分和在这个曲线所围成的区域上的二重积分联系了起来。
这就好像是找到了两个不同世界之间的秘密通道,能让我们在计算的时候从一种方法轻松地转换到另一种方法。
比如说,有一个操场,您沿着操场的跑道跑一圈,这就是曲线积分。
而操场里面的整个区域呢,就相当于二重积分。
格林公式就告诉我们,这两者之间有着密切的关系。
我还记得之前给学生讲这个的时候,有个学生瞪着大眼睛问我:“老师,这有啥用啊?”我就笑着跟他说:“你想想,要是让你算沿着一个特别复杂的曲线走一圈的路程,多麻烦啊。
但如果能用格林公式转换成在一个区域里的计算,是不是就简单多啦?”那学生若有所思地点点头。
在实际应用中,格林公式的作用可大了。
比如说在物理学中,计算电场或者磁场的一些问题时,它就能派上大用场。
还有在工程学里,设计一些复杂的结构时,也能靠它来帮忙简化计算。
想象一下,有个工程师要设计一个形状奇特的零件,需要计算各种物理量。
如果没有格林公式,那他可能得花费大量的时间和精力去一点点计算。
但有了格林公式,就好像给他配备了一把神奇的钥匙,能打开快速解决问题的大门。
对于学习格林公式,重点在于理解它的原理和掌握运用的方法。
可别死记硬背,得通过多做练习题来真正掌握它的精髓。
总之,格林公式虽然有点复杂,但一旦掌握了,就能在数学和相关领域的学习和应用中如鱼得水。
希望您对格林公式能有个初步的认识啦!。
格林公式及其应用
格林公式及其应用
本节,我们将会讨论曲线积分与二重积分之间的关系.格林公式就是 连接两种积分的桥梁.
1.1 格林公式
格林公式给出了平面闭区域上二重积分与该闭区域边界曲线上第二类曲线积分之 间的关系.在介绍它们之间的关系前,我们首先给出单连通区域和复连通区域的定义.
定义 设 D 为平面区域,如果 D 内任意一条闭曲线所围成的部分都属于 D ,则称 D 为平面单连通区域(即 D 内部不含有“洞”),否则称为复连通区域.
1.1 格林公式
定理 1(格林公式) 设函数 P(x ,y) , Q(x ,y) 在闭区域 D 上具有一阶连续偏 导数,则有
D
Q x
P y
dxdy
L
Pdx
Qdy
,
其中 L 为 D 的正向边界曲线.
(12-4)
1.1 格林公式
证 将区域 D 分为单连通区域和复连通区域两种情形来证明.
(1)如果 D 是单连通区域,则分以下两种情况讨论.
例 如 , 区 域 {(x ,y) | x2 y2 1} 和 (x ,y) | y x 是 单 连 通 区 域 ; 环 状 区 域
{(x ,y) |1 x2 y2 4} 是复连通区域.
1.1 格林公式
关于平面区域 D 边界曲线的正负向规定如下:设平面区域 D 的边界曲线为 L , 当沿着边界曲线 L 运动时,平面区域总在其左侧,此运动方向即为 L 的正向,此时 的反向即为 L 的负向.对于单连通区域来说,逆时针方向为正向.对于如图所示的 复连通区域来说,图中的箭头指向即为边界正向.
b a
P
(
x
,2
(
x))dx
b a
P
(
x
第三节_格林公式及其应用
第三节_格林公式及其应用
格林公式是一个重要的微积分计算工具,用于计算微分方程在给定边
界条件下的解。
它可以用来解决一类非常有用的问题,例如求解复杂的微
分方程组、积分变分形式的物理问题。
此外,格林公式还可以应用于计算
微分函数在任意区间上的有限性以及在一些特定情况下的无穷性。
格林公式的主要思想是,给定边界以及满足一些条件的控制变量,可
以将一个微分方程组的解表示为不同常量的线性组合。
因此,可以通过解
决有限个简单的常系数非齐次线性微分方程来求解更复杂的微分方程组。
其中,常系数非齐次线性微分对应的格林公式是:
y(t) = A*exp(αt) + B*exp(βt)
其中,A、B是常数,α、β是解的根。
这个公式可以用来求解不同
类型的微分方程,包括拉普拉斯方程、伯努利方程、线性齐次微分方程组等。
应用:
1、求解拉普拉斯方程
拉普拉斯方程是一类重要的常微分方程,它可以用来描述物理系统的
传播过程以及电、热等物理场的扩散等现象。
拉普拉斯方程的一般形式为:y"+αy'+βy=f(t)
这里,α、β是常数,f(t)是一个任意函数。
可以用格林公式来求
解这个方程的解:
y(t) = A*exp(αt) + B*exp(-αt) + [1/α]*∫exp(-αt)f(t)dt
其中,A、B是常数,α是解的根。
2、求解伯努利方程。
格林公式的应用
格林公式的应用
1.什么是格林公式?
格林公式是指由英国数学家格林提出的用来计算某一多项式在
某一点的近似值的公式,它是一个多项式的近似值计算公式。
格林公式是基于抛物线(parabola)近似曲线在一定范围内拟合某多项式,其实际应用中是以三次多项式来近似计算出某多项式在某一点的近
似值。
2.格林公式的应用
(1)求解曲线的稳定点:格林公式可用来计算曲线的稳定点,即一阶导数为0时的值。
(2)优化函数:格林公式可用于优化函数,如果给定函数的一阶和二阶导,可利用格林公式求得函数的极值点。
(3)数值积分:格林公式也用于数值积分,能够准确而快速地求得曲线的积分值。
(4)对称函数:格林公式可用于求解对称函数的极值点,比如圆形的半径等。
(5)曲线拟合:格林公式也可以用于曲线拟合来确定某一多项式在某一点的值,从而降低计算的复杂度。
- 1 -。
格林公式及其应用格林公式
格林公式及其应用格林公式格林公式是向量分析中的一个重要定理,也被称为格林-斯托克斯定理。
它是由爱尔兰数学家乔治·格林在19世纪提出的,用于计算一个曲线或曲面上的环流和散度之间的关系。
格林公式的应用非常广泛,可以用来求解流体力学、电磁学和热力学等领域的问题。
下面将介绍格林公式的表达形式,以及它在常见问题中的具体应用。
1.格林公式的表达形式格林公式有两种常见的表达形式,一种是针对平面区域的格林公式,另一种是针对空间曲线的格林公式。
下面将分别介绍这两种格林公式的表达形式。
1.1平面区域的格林公式若D是一个紧致的平面区域,边界为C(C是一个简单、逐段光滑的曲线),向量函数F(x,y)=(P(x,y),Q(x,y))在区域D中具有二阶连续偏导数,则有如下格林公式:∬D(∂Q/∂x-∂P/∂y)dxdy=∮C(Pdx+Qdy)其中,∂P/∂y和∂Q/∂x分别表示P和Q对y和x的偏导数,dxdy表示在D中的面积元素,Pdx+Qdy表示沿着边界C的曲线元素。
1.2空间曲线的格林公式若S是一个有向光滑曲面,它的边界为C(C是一个简单、光滑的曲线),向量函数F(x,y,z)=(P(x,y,z),Q(x,y,z),R(x,y,z))在曲面S内具有连续偏导数,则有如下格林公式:∯S(∂R/∂y-Q)dydz+(∂P/∂z-R)dzdx+(∂Q/∂x-P)dxdy=∮C(Pdx+Qdy+Rdz)其中,∂P/∂z、∂Q/∂x和∂R/∂y分别表示P、Q和R对z、x和y的偏导数,dydz、dzdx和dxdy表示在S内的面积元素,Pdx+Qdy+Rdz表示沿着边界C的曲线元素。
2.格林公式的应用格林公式具有广泛的应用,在流体力学、电磁学、热力学等领域都能够找到它的身影。
下面将以几个例子来说明格林公式的具体应用。
2.1流体力学中的应用格林公式在流体力学中常常用于计算流体的环流和散度。
例如,可以利用格林公式来推导速度势函数和流函数之间的关系,进而求解流场中的速度分布。
《格林公式及其应用》课件
特殊型格林公式
特殊形式的格林公式适用于计算具有特殊形 状的曲线或曲面上的积分,如圆形、椭圆形 等。
格林公式的应用
1 线积分的计算
通过格林公式,我们可以计算曲线上的积分,从而得到与曲线相关的物理量,如流量、 环流等。
2 面积的计算
利用格林公式,我们可以计算平面上的闭合曲线所围成的面积,为测量和计算提供了方 便。
3 体积的计算
基于格林公式,我们可以计算由曲线围成的立体图形的体积,为求解三维图形的体积提 供了便利。
格林公式的计算方法
1
极坐标系下的计算方法
当曲线在极坐标系下表达时,我们可以利用极坐标的性质,简化格林公式的计算 过程。
2
直角坐标系下的计算方法
当曲线在直角坐标系下表达时,我们可以借助直角坐标系的符号和定义,求解格 林公式中的各个参数。
格林公式及其应用
本课件介绍格林公式的形式、应用场景及计算方法,以及灵活应用格林公式 的技巧。让我们一起探索格林公式的奥秘!
什么是格林公式
格林公式是一个在向量分析中常用的定理,它将二重积分与线积分、面积积分联系起来。了解它的基本 原理对于理解多变量微积分至关重要。
格林公式的形式
一般型格林公式
一般形式的格林公式在计算线积分与面积积 分时特别有用,它将曲线的内部区域与曲线 的边界联系起来。
例题分析
给定一个曲线和一个区域,我们将应用格林公式来计算相关的积分和物理 量,以解决问题。
总结
格林公式的优势与不足
格林公式在解决某些问题中非常有用,但在特定场景下可能有其局限性,我们需理解其应用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ范围和限制。
如何灵活应用格林公式
学习了格林公式的基本原理和计算方法后,我们可以尝试将其巧妙应用于实际问题中,创造 性地解决难题。
格林公式及其应用
格林公式及其应用格林公式是微积分中的一个重要工具,用于计算其中一区域内的面积和体积。
它是由德国数学家格林(Carl Friedrich Gauss)在19世纪初提出的,被广泛应用于物理、工程、经济等领域的计算中。
格林公式的一般形式如下:$$\oint_C (Pdx + Qdy) = \iint_D ( \frac{{\partialQ}}{{\partial x}} - \frac{{\partial P}}{{\partial y}} ) dA $$其中,$C$表示封闭曲线,$D$表示被封闭曲线围成的区域,$P$和$Q$是$D$内的函数,$\frac{{\partial P}}{{\partial y}}$表示$P$对$y$求偏导数,$\frac{{\partial Q}}{{\partial x}}$表示$Q$对$x$求偏导数,$dA$表示面积元素。
格林公式的应用有以下几个方面:1.计算曲线积分:格林公式将曲线积分转化为了面积积分,使得计算曲线积分更加简便。
通过计算封闭曲线上其中一函数和微分形式 $Pdx + Qdy$ 的积分,可以得到围成该区域的面积。
2.计算平面区域的面积:通过格林公式可以计算出封闭曲线围成的平面区域的面积。
将面积元素 $dA$ 替换为 $1$,$Pdx + Qdy$ 替换为$dx$,然后对曲线积分进行计算,即可得到该区域的面积。
3.计算体积:对于封闭曲线$C$,通过格林公式可以计算出围成该曲线的曲面的面积。
再通过计算该曲面旁切平面上函数的面积积分,就可以得到该曲面的体积。
4.计算电场:格林公式在物理学中应用广泛,特别是在电场计算中。
当电场满足一些条件时,可以通过格林公式计算出电场的其中一参数。
例如,在静电学中,可以通过格林公式计算电场的电势差,从而得到电场的分布。
5.计算流体的流量:格林公式在流体力学中也有重要应用。
通过格林公式,可以计算流体从一个闭合曲面流出的流量,从而得到流体的流速和流量。
格林公式及其应用(整理).ppt
用二重积分计算: P(x, y) 2xy x2 ,Q(x, y) x y2 , 故
D
(
Q x
P y
)dxdy
D
(1
2
x)dxdy
y 1
x
1
2x
dx
0
x2 (1 2 y)dy
[y
0
] dx x2
0.0
29
x x x 1
(
1
2x
2
4)dx
0
2111 1 3 2 3 5 30
所以格林公式:
2
)dy]
L1 L2
0.0
28
x x x y y y y 1
[(2
3
2) (x
4)2x]dx
0
[(2
3
4
)2y (
2
2
)]dy
0
1
x x x y y y 1
(2
52
3
2)dx
0
(2
5
4
4
2
2
)dy
0
1
(1 1 1) ( 1 4 2) 1 3 2 3 3 3 3 30
D
(
Q x
P y
)dxdy
L
Pdx
Qdy
正确。
2. 利用曲线积分,求下面曲线所围成的图形面积: 圆 :
x2 y2 2ax
解:
y a 圆 : (x a)2
2
2
的参数方程为:
x a a cos, y a sin,0 2 ,
0.0
30
A
1 2
L
xdy
ydx
1
2
03第三节格林公式及其应用
03第三节格林公式及其应用格林公式是微积分中的一项重要定理,它在多元函数的积分计算以及微分方程的解法中都有广泛的应用。
本文将详细介绍格林公式的概念、表达式以及在实际问题中的应用。
格林公式是由英国数学家格林(George Green)于1828年首次提出的,它是高斯定理在平面上的推广形式。
格林公式用于计算一个平面区域内的一些向量场的闭合曲线积分与该场在该区域内的散度的面积积分之间的关系。
根据格林公式,对于一个平面区域D内的向量场F(x, y) =(P(x, y), Q(x, y)),其中P和Q是函数x和y的偏导数连续的函数,闭合曲线C是D的边界,那么有以下的等式成立:∮C(Pdx + Qdy) = ∬D((∂Q/∂x −∂P/∂y)dA)其中,∮表示沿C的积分,∬表示对D的积分,(Pdx + Qdy)表示场F的微分形式,dA表示平面上的面积元。
格林公式可以看作是微积分中的一个重要结论,在实际应用中有着广泛的应用。
以下将介绍两个格林公式的重要应用。
第一个应用是计算平面区域上面积的问题。
根据格林公式,如果一个平面区域D的边界C是一个简单闭合曲线,那么可以通过计算场F = (0, x)(其中x为函数)沿着C的曲线积分来求解该平面区域的面积。
这是因为根据格林公式,等式可以化简为∮C Qdy = ∬D (∂Q/∂x)dA。
由于场F的向量值为(0, x),所以Q = x,那么上述等式可以进一步化简为∮C xdy = ∬D (∂Q/∂x)dA。
由于场F的x分量为0,所以x的偏导数等于0,那么上述等式可以进一步化简为∮Cxdy = 0。
由于dy在曲线C上的积分等于0,所以有∮Cxdy = ∫Cxdy = ∫(xdy + 0dx) = ∫xdy,即通过计算∫xdy可以得到平面区域D的面积。
第二个应用是计算其中一区域内的散度。
根据格林公式,可以通过计算场F = (P, Q)的闭合曲线积分∮C(Pdx + Qdy)来求解场F在区域D内的散度。
格林公式及其应用
2. 质点M 沿着以AB为直径的半圆, 从 A(1,2) 运动到 点B(3, 4),在此过程中受力 F 作用, F 的大小等于点 M
到原点的距离, 其方向垂直于OM, 且与y 轴正向夹角为
锐角, 求变力 F 对质点M 所作的功.
( 1990 考研 )
解: 由图知 F ( y , x) , 故所求功为
注:若存在连续可微函数 ( x, y) 0 , 使 为全微分方程, 则称 ( x, y )为原方程的积分因子. 在简单情况下, 可凭观察和经验根据微分倒推式得到
思考: 如何解方程
积分因子.
内容小结
1. 格林公式 2. 等价条件
Q P d xd y L P d x Q d y D x y
D L O 1 2x
2. 设
提示: d u ( x, y ) ( x 4 xy ) dx (6 x y 5 y ) d y
4 3 2 2 4
( x 4 xy ) dx (6 x y 5 y )d y C
x 4 y x d x (6 x 2 y 2 0 0
4
3
(5 x 4 3x y 2 y3 ) d x (3x 2 y 3x y 2 y 2 ) d y 0 P 2 Q 6x y 3y , 故这是全微分方程. 解: 因为 y x 法1 取 x0 0, y0 0, 则有
2 2 2 u ( x, y ) 5 x d x 0 (3 x y 3x y y ) d y 4 0 x y
思考与练习
1. 设
2
y
l
且都取正向, 问下列计算是否正确 ? xd y 4y d x l x2 y2 1 1 x d y 4 y d x 5 d 5 π 4 l 4 D 2 2 x y 0时 提示 : xd y yd x Q P l x2 y2 (1) x y 1 1 x d y yd x 2 d Q P 4 D 4 l (2) x y 2π
数学分析之格林公式
y
1
A
∂Q ∂ 2 4 = (x + y ) = 2x ∂x ∂x
∂P ∂Q , 即 = ∂y ∂x
1 2 1 4
o
1
x
23 故原式 = ∫0 x dx + ∫0 (1 + y )dy = . 15
区域连通性的分类
为平面区域, 设D为平面区域 如果 内任一闭曲线所围成 为平面区域 如果D内任一闭曲线所围成 的部分都属于D, 则称D为平面单连通区域 为平面单连通区域, 的部分都属于 则称 为平面单连通区域 否 则称为复连通区域. 则称为复连通区域
∫ Pdx + Qd y
L
与路径无关, 的起点及终点有关. 与路径无关 只与 L 的起点及终点有关 (iii) 是 D 内是某一函数 即 d u( x, y) = P dx + Q d y 的全微分, 的全微分,
∂ P ∂Q (iv) 在 D 内处处成立 . = ∂ y ∂x
(ii) 证明 (i) 设 L , L2 为D 内任意两条由 到B 的有向分段光滑曲 内任意两条由A 1 线, 则
= ∫ F cos α ds − G cos β ds
L
= ∫ F sin(τ , x )ds − G cos(τ , x )ds
L
= ∫ F cos( n, x )ds + G cos( n, y )ds
L
∂Q ∂P ∫∫ ∂x − ∂y dxdy D
=∫ P(x, y)dx +Q(x, y)dy
∫∫ (
D
∂Q ∂ P ) dxd y − ∂x ∂ y
D1
D 1
D2
= ∫∫
+ ∫∫
第三节格林公式及应用分析
第三节格林公式及应用分析
其次,格林公式还可以应用于研究流体力学中的流量问题。
在流体力学中,通常需要计算流体通过给定曲线或曲面的流量,即单位时间内通过该曲线或曲面的流体体积。
格林公式可以将流体力学中的流量问题转化为向量场的散度计算。
通过计算向量场在曲线或曲面上的散度,就可以求得单位时间内流体通过该曲线或曲面的体积,从而得到流量。
格林公式在流体力学中的应用极为广泛,为研究流体的流动提供了重要工具。
此外,格林公式还可以应用于电磁学中的电场和磁场的计算。
在电磁学中,电场和磁场的计算通常需要求解一些偏微分方程,通过格林公式可以将偏微分方程转化为积分方程,从而简化了计算的难度。
格林公式在电磁学中的应用使得对电场和磁场的计算更加方便和高效。
最后,格林公式还可以应用于解决平面区域的边界积分问题。
在解决平面区域的边界积分问题时,通常需要计算曲线上其中一点的切向量与函数的乘积的积分。
通过格林公式,可以将曲线上的边界积分转化为平面区域的面积积分,从而简化问题的解决过程。
格林公式在解决平面区域的边界积分问题中的应用极大地提高了计算的效率。
格林公式的应用范文
格林公式的应用范文格林公式是一种用于计算区域内一些标量函数的积分的公式,其应用范围非常广泛。
在此,我将详细介绍格林公式的应用,并给出一些实际例子。
格林公式也被称为格林定理或奥斯特罗格拉斯公式,它通过将三维空间中的积分转化为对曲线或曲面的积分来简化问题的求解。
公式的表述如下:设函数u(x,y)和v(x,y)在开区域D上具有一阶连续偏导数,则有:∬[∂(v)/∂x-∂(u)/∂y]dS=∮[u*dy-v*dx]其中,∬表示对D区域的双重积分,∮表示对D区域的边界曲线C的积分。
接下来,我将给出一些格林公式在实际问题中的应用。
1.电磁场问题:格林公式在电磁场学中有广泛的应用。
例如,在静电学中,电场存在于空间中的任意点,通过应用格林公式,可以将求解电场的积分转化为对电场的边界积分。
这样求解问题会更加简单。
2.流体力学问题:格林公式在流体力学中的应用也非常重要。
例如,用格林公式可以将流体的速度场的一些量的积分转化为对流体速度场边界的积分。
这对于分析流体流动的性质和特征非常有帮助。
3.物理学问题:格林公式在物理学中也有着广泛的应用。
例如,在热传导问题中,格林公式可以用于计算热通量的积分。
在弹性力学中,通过应用格林公式,可以将弹性体的位移场的一些量的积分转化为对位移场的边界积分。
4.工程问题:格林公式在工程学中的应用很多。
例如,在电子工程中,可以通过格林公式来计算电容器的电场分布。
在土壤力学中,可以利用格林公式来推导地下水的流动问题。
在材料力学中,格林公式可以用于计算材料的应力分布。
5.数学问题:格林公式也在数学分析中有广泛的应用。
例如,在复分析中,可以使用格林公式来计算复变函数的积分。
在曲线积分和曲面积分等数学问题中,格林公式也是一个非常重要的工具。
总之,格林公式是一个非常重要和常用的工具,它在物理学、工程学、数学分析等领域都有着广泛的应用。
通过应用格林公式,可以将一些复杂积分问题转化为更容易解决的积分问题,从而简化问题的求解过程。
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其中L 为一条无重点
不过原点的分段光滑 不过原点的分段光滑 封闭曲线 , 取逆时针 方向
解
设L 所围区域 为D
x −y , Q= 2 P= 2 2 x +y x + y2
(1)当L不包含 原点时
∂Q x 2 + y 2 − x ⋅ 2 x ∂ P = = 2 2 2 ∂x ∂y (x + y )
y
xdy − ydx ∫L x 2 + y 2 = 0
由(2)知 知
∂Q ∂P ∫∫ ( ∂x − ∂y )dxdy D
2
G
L3
E
L2
B A
L1
C F
= { ∫AB ∫L+ ∫BA ∫AFC ∫CE + ∫ + ∫ + ∫ + + +
L3 EC
CGA
}( Pdx + Qdy )
= ( ∫L + ∫L + ∫L )( Pdx + Qdy )
2 3 1
= ∫L Pdx + Qdy
8-3
格林公式 . 平面第二型曲线积分与路径无关的条件
单连通与多连通区域
为平面区域, 如果D 设D为平面区域, 如果D内任一闭曲线所围的部分都属于 则称D为平面单连通区域 否则称为多连通区域 单连通区域, 多连通区域. D, 则称D为平面单连通区域, 否则称为多连通区域.
区域的边界曲线的方向
当观察者沿区域D的边界曲线L行走时, 当观察者沿区域D的边界曲线L行走时, 如果左手在区域 则行走方向是L的正向, D内, 则行走方向是L的正向,记作 L+
L1
将 D 分成三个既是 X − 型又是 Y − 型的区域 D1 , D2 , D3 .
L
∂Q ∂P ∂Q ∂P ∫∫ ( ∂x − ∂y )dxdy = D +∫∫+ D ( ∂x − ∂y )dxdy D D
1 2 3
∂Q ∂ P ∂Q ∂P ∂Q ∂P ∫∫ ( ∂x − ∂y )dxdy + ∫∫ ( ∂x − ∂y )dxdy + ∫∫ ( ∂x − ∂y )dxdy D D D
∫ sin ydx + ( x cos y + 4 x )dy
OBA
= ∫∫ (cos y + 4 − cos y ) dxdy = πa 2
D
y A
I1 = ∫
AO
sin ydx + ( x cos y + 4 x )dy = 0 sin ydx + ( x cos y + 4 x )dy = 0 sin ydx + ( x cos y + 4 x )dy
1 2 3
= ∫L Pdx + Qdy + ∫L Pdx + Qdy + ∫L Pdx + Qdy
1 2 3
= ∫L Pdx + Qdy
( L1, L2 , L3对D来说为正方向 )
L3
D3
D2
L2
D1
L1
L
证明(3) 证明(3)
若区域不止由一条闭曲 线所围成. 线所围成.添加直线段 AB,CE. 则 D 的边界曲线由 AB, L2 ,BA, AFC,CE, L3 , EC 及 CGA 构成. D 构成.
二重积分之间的联系.
于 忆 式: 便 记 形 式
∂ ∂ ∫∫ ∂x ∂ydxdy = ∫L Pdx + Qdy. D P Q
∂Q ∂P ∫L Pdx+ Qdy = ∫∫ ( ∂x − ∂y )dxdy D
例1 解 例2 求∫
L
y 4dx + 4 xy 3 dy
L : x 2 + y 2 = 4 的正向
y 4dx + 4 xy 3dy = ∫∫ (4 y 3 − 4 y 3 )dxdy = 0 ∫L D Q P
求 ∫ (e y + x 3 )dx + ( xe y − 4 x )dy L
的逆时针方向 L : 正方形 (1,1)、−1,1)、1,−1)、−1,−1)的逆时针 方向 ( (− ( 解
∫L (e + x )dx + ( xe − 4 x )dy = ∫∫ (e y − 4 − e y )dxdy = −16 D
y 3
y
1. 简化曲线积分
例 3 计算 ∫
AB
y
A
D
xdy ,其中曲 其中曲
o L
B
线 AB 是半径为 r 的圆在 第一象限部分. 第一象限部分
x
解 引入辅助曲线 L , L = OA + AB + BO 应用格林公式, 应用格林公式 P = 0, Q = x 有
− ∫∫ dxdy = ∫ xdy = ∫ xdy + ∫
单连通区域
多连通区域
定理1 设有界闭区域 D 由分段光滑 曲线L围成 定理1
P ( x , y )、 ( x , y ) 在D上 具有连续的偏导数 Q ∂Q ∂P 则 ∫L Pdx+ Qdy = ∫∫ ( ∂x − ∂y )dxdy D
其中 L的方向指D的 边界线 的正向
∫LP ( x , y )dx b a = ∫ P[ x , y1 ( x )]dx + ∫ P[ x , y2 ( x )]dx a b
L
OA
xdy + ∫BO xdy , AB
由于 ∫OA xdy = 0,
D
∫BO xdy = 0,
1 2 ∴ ∫ xdy = − ∫∫ dxdy = − πr . AB 4 D
例4
L:
解
求 ∫ sin ydx + ( x cos y + 4 x )dy
L
的一象限部分, 沿x 2 + y 2 = a 2 的一象限部分, 从A(0, a )至B(a ,0)
曲线积分与路径的关系 曲线积分 ∩ Pdx + Qdy 在 D 内与路径无关 ⇐⇒ 沿 D 内任
∫
AB
意一条简单逐段光滑闭曲线的曲线积分
∫C
+
Pdx + Qdy =0
定理2 (曲线积分与路径无关的判断方法)
设函数 P(x , y)及 Q(x , y)在单连通域 D 内具有一阶连续偏导 数, 则曲线积分 ∫ Pdx + Qdy 在 D 内与路径无关 ( 或沿 D 内任意
+∫
OB
0 y A
B x
I2 = ∫
OB BA
I3 = ∫
∫
OBA
=∫
AO
+∫
BA
x=0 D = I1 + I 2 + I 3 = πa 2 0 y = 0 B x
I 3 = πa 2
∫L
sin ydx + ( x cos y + 4 x )dy = − I 3= −πa 2
例5
xdy − ydx 求∫ L x2 + y2
推论 设函数 设函数P(x, y)及Q(x, y)在单连通域 内具有一阶连续偏 在单连通域D内具有一阶连续偏 及 在单连通域
导数, 对任意两点 A, B ∈ D, 曲线积分 ∫ Pdx + Qdy 与路径无关 导数, AB 的充要条件是: 恰是某一函数u(x, y)的全 的充要条件是:P(x, y)dx+Q(x, y)dy恰是某一函数 恰是某一函数 的全 微分,此外, 的全微分时, 微分,此外,当Pdx+Qdy是u(x, y)的全微分时,有 是 的全微分时
( L1, L2 , L3对D来说为正方向 )
注意: 对复连通区域D, 格林公式右端应包括沿区域D的全部边 对复连通区域 , 格林公式右端应包括沿区域 的全部边 界的曲线积分, 且边界的方向对区域D来说都是正向 来说都是正向. 界的曲线积分, 且边界的方向对区域 来说都是正向.
格林公式的实质:
沟通了沿闭曲线的积分与
D
L
0
x
( 2)当L包含 原点时
补线l : x 2 + y 2 = r 2 在封闭线 L内 xdy − ydx =0 在D1上 用格林公式 ∫L+ l 2 2 x +y xdy − ydx xdy − ydx ∫L x 2 + y 2 + ∫l x 2 + y 2 = 0 x = r cos t l : x2 + y2 = r 2 t : 2π → 0 y = r sin t 0 r 2 cos 2 t + r 2 sin 2 t xdy − ydx dt = −2π 2 ∫l x 2 + y 2 = ∫2π r y
证
y = y2 ( x )
y
y 2 ( x ) ∂P b ∂P b a ∫∫ − ∂y dxdy = ∫a dx ∫y1 ( x ) − ∂y dy D 0 x P( x, y) b y = y1 ( x ) = ∫ { P[ x , y1 ( x )] − P[ x , y2 ( x )]}dx a
1
x
∂Q ∂P − y2 − =e , 则 ∂x ∂y
应用格林公式, 应用格林公式,有
∫∫ e
D
− y2
dxdy =
OA + AB + BO
∫ xe
− y2
dy =
∫
OA
xe
− y2
dy = ∫ xe
0
1
− x2
dx
1 = (1 − e −1 ). 2
3. 计算平面面积
∂Q ∂P 格林公式: 格林公式 ∫∫ ( − )dxdy = ∫L Pdx + Qdy ∂y D ∂x