第二类曲线积分的计算

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第二类曲线积分定义式

第二类曲线积分定义式

第二类曲线积分定义式

曲线积分是微积分的重要概念之一,用于计算沿曲线的某个向量场的线性积分。其中,第二类曲线积分定义式是计算曲线积分的一种常用方法。

第二类曲线积分定义式是基于参数方程来进行计算的。对于曲线C,在参数区间[a,b]上的参数方程可以表示为x=f(t),y=g(t),其中f(t)和g(t)是参数t的函数。然后,将这个参数方程代入需要计算的向量场中,得到向量场的一个函数形式。

根据定义,第二类曲线积分定义式可以表示为:

∫C F·dr=∫[a,b]F(x(t),y(t))·(x'(t),y'(t))dt

其中,F(x,y)为向量场,r为曲线C上的一点,x(t)和y(t)为参数方程的函数,x'(t)和y'(t)为参数方程的导数。

这个定义式的意义是将曲线上的每一点上的向量场与切向量进行内积操作,并将结果进行累加。这样,就得到了整个曲线上的向量场的线性积分。

需要注意的是,对于曲线C上的每一段小弧段,我们需要对其进行参数化,并且在计算过程中考虑弧长元素,以确保得到准确的结果。因此,积分变量是参数t,而不是弧长s。

第二类曲线积分定义式在物理学、工程学和应用数学中具有广泛的应用。例如,在电磁学中,可以用于计算电场或磁场沿着导线的线积分;在流体力学中,可以用于计算流体沿着曲线的流量;在力学中,可以用于计算力沿着曲线的功等等。

总结来说,第二类曲线积分定义式是一种常见且有用的计算曲线积分的方法。通过将曲线参数化,并将参数方程代入向量场中,我们可以计算出曲线上的向量场的线性积分。这个定义式在实际应用中具有重要的意义,并被广泛应用于各个领域。

考研数学第二类曲线积分的计算

考研数学第二类曲线积分的计算

2019考研数学:第二类曲线积分的计算

来源:文都教育

曲线曲面积分的计算是高等数学中非常重要的一部分知识,在考研数学一中每年都会考查。下面,文都教育的数学老师给2019考研的同学们总结一下一些考研数学经常用到的计算第二类曲线积分的基本方法,希望对同学们有些帮助。

(一)直接法

(1)设有光滑曲线L:):(,)()

(βα→⎩⎨

⎧==t t y y t x x ,

其起点和终点分别对应参

数βα==t t ,,),(),,(y x Q y x P 在L 上连续,则

dt

t y t y t x Q t x t y t x P Qdy Pdx L

⎰⎰+=+β

α)]('))(),(()('))(),(([

这里的βα,谁大谁小无关紧要,关键是要和起点和终点分别对应。

(二)格林公式法

设闭区域D 是分段光滑的曲线L 围成,函数),(),,(y x Q y x P 在D 上具有

一阶连续偏导数,则有dxdy y P x Q Qdy Pdx D L ⎰⎰⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂=+,

D 其中L 为D 取

正向的边界曲线(所谓正向就是当沿曲线正向行走时,区域在左手边)。但是考研数学中涉及到格林公式时,一般不能直接使用,是因为命题人会故意破坏格林公式的使用条件:L 不是封闭曲线,也就没有有界闭区域;虽然有有界闭区域,但

),(),,(y x Q y x P 在D 上没有一

连续偏导数。这就要求同学们要学会使用“补线法”,补上一条或多条曲线,使得封闭出满足格林公式使用条件的有界闭区域。

(三)利用线积分与路径无关 1. 理论依据:

第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算 定义

设),(y x P ,),(y x Q 为定义在光滑或分段光滑平面有向曲线AB L 上的函数,对AB L 任一分割

T ,它把AB L 分成n 个小弧段i i M M 1-),,2,1(n i =;其中A =n M B M =,0.记各个小弧段i

i M M 1-弧长为i s ∆,分割T 的细度为}{max 1i n

i S T ∆=≤≤,又设T 的分点的坐标为),(i i i y x M ,并记

11,---=∆-=∆i i i i i i y y y x x x ,),,2,1(n i = .

在每个小弧段i i M M 1-上任取一点()i i ηξ,,若极限

存在且与分割T 与点()i i ηξ,的取法无关,则称此极限为函数),(y x P ,),(y x Q 在有向线段AB L 上的第二类曲线积分,记为

⎰+L

dy y x Q dx y x P ),(),(或 ⎰+AB

dy y x Q dx y x P ),(),(

也可记作

⎰⎰+L

L

dy y x Q dx y x P ),(),( 或

⎰⎰+AB

AB

dy y x Q dx y x P ),(),(

注:(1) 若记()y x F , =()),(),,(y x Q y x P ,()dy dx s d ,=

则上述记号可写成向量形式:⎰⋅L

s d F .

(2) 倘若L 为光滑或分段光滑的空间有向连续曲线,

),,(z y x P ,),,(z y x Q ,),,(z y x R 为定义在L 上的函数,则可按上述办法定义沿空间有向曲线L 的

第二类曲线积分的计算方法

第二类曲线积分的计算方法

第二类曲线积分的计算方法

曲线积分是微积分中的一个重要概念,它是对曲线上某个向量场的积分。曲线积分分为第一类和第二类曲线积分,其中第二类曲线积分是指对曲线上的标量场进行积分。本文将介绍第二类曲线积分的计算方法。

第二类曲线积分的定义

设曲线C是一个光滑曲线,f(x,y,z)是定义在C上的连续函数,则曲线积分的定义为:

∫Cf(x,y,z)ds

其中,ds表示曲线C上的弧长元素,即ds=√(dx^2+dy^2+dz^2)。

第二类曲线积分的计算方法

第二类曲线积分的计算方法有两种,一种是参数化计算法,另一种是向量场计算法。

1. 参数化计算法

参数化计算法是指将曲线C表示为参数方程形式,然后将曲线积分转化为对参数t的积分。具体步骤如下:

(1)将曲线C表示为参数方程形式:

x=x(t),y=y(t),z=z(t),a≤t≤b

(2)计算ds:

ds=√(dx^2+dy^2+dz^2)=√(x'(t)^2+y'(t)^2+z'(t)^2)dt

(3)将f(x,y,z)表示为f(x(t),y(t),z(t)),然后将曲线积分转化为对参数t的积分:

∫Cf(x,y,z)ds=∫bf(x(t),y(t),z(t))√(x'(t)^2+y'(t)^2+z'(t)^2)dt

2. 向量场计算法

向量场计算法是指将曲线C上的标量场f(x,y,z)转化为向量场F(x,y,z)=(f(x,y,z),0,0),然后计算向量场F(x,y,z)沿曲线C的线积分。具体步骤如下:

(1)将曲线C表示为参数方程形式:

x=x(t),y=y(t),z=z(t),a≤t≤b

第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算

定义

设),(y x P ,),(y x Q 为定义在光滑或分段光滑平面有向曲线AB L 上的函数,对AB

L 任一分割T ,它把AB L 分成n 个小弧段i i M M 1-),,2,1(n i =;其中A =n M B M =,0.记各个小弧段i i M M 1-弧长为i s ∆,分割T 的细度为}{max 1i n

i S T ∆=≤≤,又设T 的分点的坐标为

),(i i i y x M ,并记11,---=∆-=∆i i i i i i y y y x x x ,),,2,1(n i = .

在每个小弧段i i M M 1-上任取一点()i i ηξ,,若极限

存在且与分割T 与点()i i ηξ,的取法无关,则称此极限为函数),(y x P ,),(y x Q 在有向线段AB L 上的第二类曲线积分,记为

⎰+L

dy y x Q dx y x P ),(),(或 ⎰+AB

dy y x Q dx y x P ),(),(

也可记作

⎰⎰+L

L

dy y x Q dx y x P ),(),( 或 ⎰⎰+AB

AB

dy y x Q dx y x P ),(),(

注:(1) 若记()y x F , =()),(),,(y x Q y x P ,()dy dx s d ,=

则上述记号可写成向量形式:

⎰⋅L

s d F .

(2) 倘若L 为光滑或分段光滑的空间有向连续曲线,

),,(z y x P ,),,(z y x Q ,),,(z y x R 为定义在L 上的函数,则可按上述办法定义沿空间有

第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分得计算

定义

设,为定义在光滑或分段光滑平面有向曲线上得函数,对任一分割,它把分成个小弧段;其中=、记各个小弧段弧长为,分割得细度为,又设得分点得坐标为,并记, 、

在每个小弧段上任取一点,若极限

存在且与分割与点得取法无关,则称此极限为函数,在有向线段上得第二类曲线积分,记为

也可记作

注:(1) 若记=,则上述记号可写成向量形式:、

(2) 倘若为光滑或分段光滑得空间有向连续曲线,

,,为定义在上得函数,则可按上述办法定义沿空间有向曲线得第二类曲线积分,并记为

按照这一定义, 有力场沿平面曲线从点到点所作得功为、第二类曲线积分得鲜明特征就是曲线得方向性、对二类曲线积分有,定积分就是第二类曲线积分中当曲线为轴上得线段时得特例、可类似地考虑空间力场沿空间曲线所作得功、为空间曲线上得第二类曲线积分

与第一类曲线积分得区别

首先要弄清楚两类积分得定义,简单地说,第一类曲线积分就就是

第二类曲线积分就就是

(1)

这两种曲线积分得主要区别就在于,第一型曲线积分得积分中就是乘得,就是一小段弧得弧长,总就是正值;而第二类曲线积分与积分与中就是乘得一段弧得坐标得增量,,与就是可正可负得。当积分得路径反向时,不变,而与反号,因此第一类曲线积分不变而第二类曲线积分反号,在这一性质上,第二类曲线积分与定积分就是一样得。计算曲线积分得基本方法就是利用得参数方程将其转化成定积分,但两类曲线积分有些不同。

设曲线得参数方程为

则第一类曲线积分得计算公式为

这里要注意,即对t得定积分中,下限比上限小时才有,也就有,这样才有上述计算公式。这个问题在计算中也要特别注意。沿曲线上得点由A 变到B,即t得下限对应曲线积分得起点A,她得上限对应曲线积分得起点A,t得上限对应终点B。

第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算

定义

设),(y x P ,),(y x Q 为定义在光滑或分段光滑平面有向曲线AB L 上的函数,对

AB L 任一分割T ,它把AB L 分成n 个小弧段i i M M 1-),,2,1(n i =;其中A =

n M B M =,0.记各个小弧段i i M M 1-弧长为i s ∆,分割T 的细度为}{max 1i n

i S T ∆=≤≤,又

设T 的分点的坐标为),(i i i y x M ,并记11,

---=∆-=∆i i i i i i y y y x x x ,

),,2,1(n i = .

在每个小弧段i i M M 1-上任取一点()i i ηξ,,若极限

∑=→∆n

i i

i

i

T x

P 1

),(lim

ηξ∑=→∆+n

i i

i

i

T y

Q 1

),(lim

ηξ

存在且与分割T 与点()i i ηξ,的取法无关,则称此极限为函数),(y x P ,),(y x Q 在有向线段AB L 上的第二类曲线积分,记为

⎰+L

dy y x Q dx y x P ),(),(或 ⎰+AB

dy y x Q dx y x P ),(),(

也可记作

⎰⎰+L

L

dy y x Q dx y x P ),(),( 或

⎰⎰+AB

AB

dy y x Q dx y x P ),(),(

注:(1) 若记()y x F , =()),(),,(y x Q y x P ,()dy dx s d ,=

则上述记号可写成向量形式:

⎰⋅L

s d F .

(2) 倘若L 为光滑或分段光滑的空间有向连续曲线,

),,(z y x P ,),,(z y x Q ,),,(z y x R 为定义在L 上的函数,则可按上述办法定义沿空间

第二型曲线曲面积分的计算方法

第二型曲线曲面积分的计算方法

第二型曲线曲面积分的计算方法

PB07210153 刘羽

第二型曲线曲面积分与第一型曲线曲面积分相比有明显不同的儿何意义和物理意义,第一型曲线曲面积分分别可以看成是定积分与二重积分的更一般情况,其意义较易理解,讣算也相对比较简单。而笫二型曲线曲面积分乂称为对坐标的积分,具有第一型不具有的方向性,计算较为复杂,物理意义十分明显,分别是变力沿曲线做功和向量场过曲面的通量,这在物理学上有重要的应用,与格林定理,斯托克斯定理,高斯定理紧密相关,是微积分中的重点和难点,以下简单介绍第二型曲线曲面积分的常用讣算方法。

1.第二型曲线积分计算方法

向量场

F = Pi + Qj + R》

是曲线L上指向指定方向的单位切向量,则称形式积分为第二型曲线积分,右端是

在L上第一型曲线积分。这里

F

要理解的方向性,

dx = iVrdl

是有向曲线微元在Ox轴方向投影, 可正可负(与定积分不同),这正是第二型曲线积分具有方向性的原因。

讣算第二型曲线积分的方法主要有定义法,参数法,利用性质以及利用

Green公式和Stokes公式。

(1)定义法

当已知或易于表达时,可考虑用定义法,一般用得较少。

(2)参数法

参数法是计算第二型曲线积分最常用的方法,将其转化为定积分,应用时要特别注意上下限的确定(根据所给的方向而不是大小)。

设有向曲线L的参数方程为x二x(t), y二y (t), z=z (t),其起点对应t=a,终点对应t二b,则

[Pdx + Qdy + Rdz

讣算时只要将所有量(包括微分量)用参数变量表示出来即可,不需记忆此式。

曲线积分的定义和计算方法

曲线积分的定义和计算方法

曲线积分的定义和计算方法曲线积分是微积分中的一个概念,用于计算沿曲线的向量场或标量场的总量。在本文中,我们将详细讨论曲线积分的定义和计算方法。

一、曲线积分的定义

曲线积分可以分为两种类型:第一类曲线积分和第二类曲线积分。第一类曲线积分是计算向量场沿曲线的总量,而第二类曲线积分则是计算标量场沿曲线的总量。

1. 第一类曲线积分

设曲线C的参数方程为R(t)=(x(t),y(t)),向量场

F(x,y)=P(x,y)i+Q(x,y)j在曲线C上连续。第一类曲线积分的定义如下:∮CF⋅dr=∫CabF⋅Tds

其中,C表示曲线C上的点,a和b是参数的起始值和终止值,r表示位矢。

2. 第二类曲线积分

设曲线C的参数方程为R(t)=(x(t),y(t)),标量场f(x,y)在曲线C上连续。第二类曲线积分的定义如下:

∮Cf⋅ds=∫Cabf⋅ds

其中,C表示曲线C上的点,a和b是参数的起始值和终止值,s表示弧长。

二、曲线积分的计算方法

曲线积分的计算可以通过参数方程或者参数化直线两种方法进行。

1. 参数方程计算法

使用参数方程计算曲线积分时,首先需要确定曲线的参数方程,并将其代入曲线积分的定义式中。然后,计算被积函数在参数范围内的取值,并对其进行积分。

2. 参数化直线计算法

对于直线段,常用的方法是将其参数化为一个参数为t的函数,然后将其代入曲线积分的定义式中。通过计算被积函数的取值,并对其进行积分,可以得到曲线积分的结果。

三、曲线积分的应用

曲线积分广泛应用于物理学、工程学和应用数学等领域。以下是曲线积分的一些应用示例:

第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算

作者:钟家伟 指导老师:张伟伟

摘要:本文结合第二类曲线积分的背景用定义的方法进行第二类曲线积分的计算,重点是利用对称性,参数方程,格林

公式斯托克斯公式以及两类曲线积分之间的联系对第二类曲线积分进行计算。

关键词:第二类曲线积分 二重积分 参数积分 对称性原理 斯托克斯公式 第二类曲面积分

1 引言

本文介绍第二类曲线积分的定义以及与两类曲线积分之间的联系,重点介绍若干种主要的计算方法。

1.1 第二类曲线积分的概念

介绍了第二类曲线积分的物理学背景,平面和空间第二类曲线积分的定义以及对坐标的第二类曲线积分的定义。

1.2第二类曲线积分的计算方法

介绍了关于第二类曲线积分的参数计算法,利用格林公式和斯托克斯公式计算的方法以及利用对称性简化或计算的方法。

2.1第二类曲线积分的物理学背景

力场()),( , ),(),(y x Q y x P y x F =

沿平面曲线L 从点A 到点B 所作的功

一质点受变力()y x F , 的作用沿平面曲线L 运动,当质点从L 之一端点A 移动到另一端B 时,求力()y x F ,

做功W .

大家知道,如果质点受常力F 的作用从A 沿直线运动到B ,那末这个常力F

所做功为 W =AB F ⋅ . 现

在的问题是质点所受的力随处改变,而所走路线又是弯弯曲曲.怎么办呢? 为此,我们对有向曲线

L 作分割},,.....,,{110n n A A A A T -=,即在AB 内插入1-n 个分点

,,.....,,121-n M M M 与A =n M B M =,0一起把曲线分

曲线积分的计算

曲线积分的计算

曲线积分的计算

曲线积分是微积分中的一个重要概念,用于计算沿曲线的函数的积分。在本文中,我们将介绍曲线积分的概念、计算方法以及一些常见的应用。

一、什么是曲线积分

曲线积分是指沿曲线对一个函数进行积分的过程。它在物理学、工程学和计算机图形学等领域中都有广泛的应用。

二、曲线积分的类型

曲线积分分为第一类曲线积分和第二类曲线积分。第一类曲线积分是沿曲线对一个标量场进行积分,常用符号为∮f(s)ds。第二类曲线积分是沿曲线对一个向量场进行积分,常用符号为∮F⋅dr。

三、第一类曲线积分的计算

计算第一类曲线积分的方法有很多,其中一种常见的方法是参数化曲线。设曲线C的参数方程为x = x(t)、y = y(t),则曲线积分的计算步骤如下:

1. 根据参数方程求得曲线C的切线向量r'(t);

2. 计算函数f(x, y)在曲线上的取值f(x(t), y(t));

3. 将r'(t)与f(x(t), y(t))相乘,得到积分被积函数;

4. 确定积分的上下限,并按照常规积分的方法进行计算。

四、第二类曲线积分的计算

对于第二类曲线积分,常用的计算方法有格林公式和斯托克斯定理。格林公式适用于平面内的有向曲线,而斯托克斯定理适用于有向曲面

的边界曲线。

1. 格林公式的计算

设曲线C的参数方程为x = x(t)、y = y(t),向量场为F = P(x, y)i +

Q(x, y)j。则曲线积分的计算步骤如下:

1. 根据参数方程求得曲线C的切线向量r'(t);

2. 将向量场F与r'(t)进行点积运算,得到积分被积函数;

3. 确定积分的上下限,并按照常规积分的方法进行计算。

第二类曲线积分和面积

第二类曲线积分和面积

第二类曲线积分和面积有密切关系。第二类曲线积分是定义在给定的曲线上的函数与一个矢量的乘积沿着该曲线的曲线积分,其物理意义是线密度函数在曲线上的积分。

第二类曲线积分的计算通常需要转化为第一类曲线积分进行计算,具体做法是选取一个参数t,将曲线分割为若干个小段,每段长度为delta(t),在每个小段上任取一点(t),计算该点处的线密度与小段长度的乘积,然后将所有小段的贡献求和,即得到第二类曲线积分的结果。而面积可以通过计算曲线内部区域的面积来计算,通常需要使用格林公式进行计算。格林公式是一个用于计算给定曲线内部的面积的公式,其基本思想是通过将区域边界上的线积分转化为内部区域的面积。

第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算

垂直性定向曲线z是垂直于X轴的线段时,有
J p( x, y y)dx — 0.
L
因当z垂直于X轴时, cos a = 0,故 J p( x, y )dx =J p( x, y )cos adS = 0 L
L
同理,当L是垂直于y轴的线段时,有
J p( X, y )dy = 0.
L
推广
J Pdx + Qdy + Rdz =
a
特殊情形
⑴L: y = y(x) x起点,终点为b・ 则 £Pdx + Qdy =,(P[ x, y( x)] + Q[ x, y( x)] y'( x
^}dx.
(2) L: x = x(y) y起点,终点为d.
则 £Pdx + Qdy = (P[x(y),y]xf(y) + Q[x(y),y]}dy.
解⑴・・・L:
x="皿七e从0变到亦,
y = a sine

原式=Jo a2 sin2 e(—a sine)de
=a3「(1 一 cos2 e)d (cos e) = — —
a3. 0
3
・ (2) x从a变L:到y —= 0a, ,
f 原式= 0dx = 0.
a
例2计算曲线积分J ydx + zdy + xdz,

第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算

定义

设),(y x P ,),(y x Q 为定义在光滑或分段光滑平面有向曲线AB L 上的函数,对

AB L 任一分割T ,它把AB L 分成n 个小弧段i i M M 1-),,2,1(n i Λ=;其中

A =n M

B M =,0.记各个小弧段i i M M 1-弧长为i s ∆,分割T 的细度为}{max 1i n

i S T ∆=≤≤,

又设T 的分点的坐标为

)

,(i i i y x M ,并记

11,---=∆-=∆i i i i i i y y y x x x ,),,2,1(n i Λ= .

在每个小弧段i i M M 1-上任取一点()i i ηξ,,若极限

存在且与分割T 与点()i i ηξ,的取法无关,则称此极限为函数),(y x P ,),(y x Q 在有向线段AB L 上的第二类曲线积分,记为

⎰+L

dy y x Q dx y x P ),(),(或 ⎰+AB

dy y x Q dx y x P ),(),(

也可记作

⎰⎰+L

L

dy y x Q dx y x P ),(),( 或

⎰⎰+AB

AB

dy y x Q dx y x P ),(),(

注:(1) 若记()y x F ,ρ=()),(),,(y x Q y x P ,()dy dx s d ,=ϖ

则上述记号可写成向量形

式:⎰⋅L

s d F ϖρ.

(2) 倘若L 为光滑或分段光滑的空间有向连续曲线,

),,(z y x P ,),,(z y x Q ,),,(z y x R 为定义在L 上的函数,则可按上述办法定义沿空间有

第二类曲线积分定义式

第二类曲线积分定义式

第二类曲线积分定义式

摘要:

一、第二类曲线积分的定义

二、第二类曲线积分的性质

三、第二类曲线积分的计算方法

四、第二类曲线积分的应用示例

正文:

一、第二类曲线积分的定义

第二类曲线积分,又称为曲面积分,是一种在空间曲线上的积分。它对曲线上的矢量场进行积分,得到的结果是该曲线所包围的曲面的面积分。第二类曲线积分的定义如下:

设空间曲线C 由参数方程x = x(t), y = y(t), z = z(t) 表示,其中t 在[a, b] 上变化,曲面积分S 由矢量场F = (P(x, y, z), Q(x, y, z), R(x, y, z)) 定义,则第二类曲线积分可表示为:

∫(C)F·dS = ∫[a, b]∫(C)F·(x/t × y/t × z/t) dtds

其中,×表示向量叉乘,dtds 表示在曲线上的微小面积元。

二、第二类曲线积分的性质

1.线性性:若F = (P, Q, R) 和G = (P", Q", R"),则∫(C)F·dS + ∫(C)G·dS = ∫(C)(F + G)·dS。

2.保号性:当曲线C 位于矢量场F 的正半轴或负半轴时,∫(C)F·dS 为正值;当曲线C 位于矢量场F 的零方向时,∫(C)F·dS 为零。

3.分部积分:∫(C)F·dS = ∫(C)d(F·ds) - ∫(C)ds·d(F·ds)。

三、第二类曲线积分的计算方法

1.用参数方程直接积分:将曲线C 的参数方程代入矢量场F 和面积元dtds,得到关于参数t 的积分,然后求解该积分。

2.转换为第一类曲线积分:将曲线C 的参数方程转换为直角坐标方程,将矢量场F 表示为直角坐标系下的向量,然后使用第一类曲线积分进行计算。

第二类曲线积分计算公式

第二类曲线积分计算公式

第二类曲线积分计算公式

曲线积分是数学中的一种重要工具,它在物理学、工程学、计算机科学等领域中有着广泛的应用。曲线积分分为第一类曲线积分和第二类曲线积分两种类型,其中第二类曲线积分是较为复杂的一种。本文将介绍第二类曲线积分的计算公式及其应用。

一、第二类曲线积分的定义

第二类曲线积分是指沿着给定曲线进行积分,积分函数为一个向量场。具体来说,设曲线C为一条光滑曲线,向量场F为一个连续可微函数,那么曲线C上的第二类曲线积分可以表示为:

∫CF·ds

其中,ds表示曲线C上的线元,F·ds表示向量F与ds的点积。

二、第二类曲线积分的计算公式

计算第二类曲线积分的方法有很多种,其中最常用的方法是格林公式。格林公式是一种将曲线积分转化为面积积分的方法,其公式为:∫CF·ds = D(Q/x - P/y)dA

其中,D表示曲线C所包围的区域,P和Q为向量场F的两个分量。

格林公式的应用需要满足一定的条件,即向量场F在D内是连续可微的。如果F在D内不满足这个条件,那么可以通过对D进行分割,将其分成若干个小区域,在每个小区域内应用格林公式,最后将结果相加得到整个区域D上的曲线积分。

三、第二类曲线积分的应用

第二类曲线积分在物理学、工程学、计算机科学等领域中有着广泛的应用。例如,在电磁学中,电场的环量可以用第二类曲线积分来表示。在机械工程中,曲线积分可以用来计算沿着曲线的力的功,以及液体沿着管道流动的工作量。在计算机科学中,曲线积分可以用来计算图像的边缘。

四、结语

第二类曲线积分是数学中的一个重要工具,它在物理学、工程学、计算机科学等领域中有着广泛的应用。本文介绍了第二类曲线积分的定义、计算公式及其应用。在实际应用中,需要根据具体问题选择合适的计算方法,以获得准确的结果。

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第二类曲线积分的计算 Jenny was compiled in January 2021

第二类曲线积分的计算 定义

设),(y x P ,),(y x Q 为定义在光滑或分段光滑平面有向曲线AB L 上的函数,对AB L 任一分割T ,它把AB L 分成n 个小弧段i i M M 1-),,2,1(n i =;其中

A =n M

B M =,0.记各个小弧段i i M M 1-弧长为i s ∆,分割T 的细度为

}{max 1i n

i S T ∆=≤≤,又设T 的分点的坐标为),(i i i y x M ,并记

11,---=∆-=∆i i i i i i y y y x x x ,),,2,1(n i = .

在每个小弧段i i M M 1-上任取一点()i i ηξ,,若极限

∑=→∆n

i i

i

i

T x

P 1

),(lim

ηξ∑=→∆+n

i i

i

i

T y

Q 1

),(lim

ηξ

存在且与分割T 与点()i i ηξ,的取法无关,则称此极限为函数),(y x P ,),(y x Q 在有向线段AB L 上的第二类曲线积分,记为

⎰+L

dy y x Q dx y x P ),(),(或 ⎰+AB

dy y x Q dx y x P ),(),(

也可记作

⎰⎰+L

L

dy y x Q dx y x P ),(),( 或 ⎰⎰+AB

AB

dy y x Q dx y x P ),(),(

注:(1) 若记()y x F , =()),(),,(y x Q y x P ,()dy dx s d ,=

则上述记号可写成向量

形式:⎰⋅L

s d F

.

(2) 倘若L 为光滑或分段光滑的空间有向连续曲线,

),,(z y x P ,),,(z y x Q ,),,(z y x R 为定义在L 上的函数,则可按上述办法定义沿

空间有向曲线L 的第二类曲线积分,并记为

dz z y x R dy z y x Q dx z y x P L

),,(),,(),,(++⎰

按照这一定义 , 有力场()),( , ),(),(y x Q y x P y x F =沿平面曲线L 从点A 到点B 所作的功为⎰+=AB Qdy Pdx W .第二类曲线积分的鲜明特征是曲线的

方向性 . 对二类曲线积分有 ⎰

-=BA

AB

,定积分是第二类曲线积分中当

曲线为x 轴上的线段时的特例.可类似地考虑空间力场

()),,( , ),,( , ),,(),,(z y x R z y x Q z y x P z y x F =沿空间曲线AB L 所作的功. 为空

间曲线AB L 上的第二类曲线积分

⎰++AB

dz z y x R dy z y x Q dx z y x P ),,(),,(),,(.

与第一类曲线积分的区别

首先要弄清楚两类积分的定义,简单地说,第一类曲线积分就是

20

1

(,)lim (,)n

i i i

l

i f x y ds s λξη→==∆∑⎰

第二类曲线积分就是

1

(,)(,)lim (,)(,)n

i

i

i

i

i

i

l

i P x y dx Q x y dy P x Q y λ

ξηξη→=+=∆+∆∑⎰

(1)

这两种曲线积分的主要区别就在于,第一型曲线积分的积分中是乘的

s s ,s s 是一小段弧的弧长,s s 总是正值;而第二类曲线积分和积分

和中是乘的一段弧的x ,y坐标的增量s s =s s −s s −1,s s =s s −

s s −1,s s 与s s 是可正可负的。当积分的路径反向时,s s 不变,而s s 与s s 反号,因此第一类曲线积分不变而第二类曲线积分反号,在这

一性质上,第二类曲线积分与定积分是一样的。计算曲线积分的基本方法是利用的参数方程将其转化成定积分,但两类曲线积分有些不同。 设曲线的参数方程为{

s =s (s )

y =y (t )

α≤t ≤β

则第一类曲线积分的计算公式为

ds ===

这里要注意α≤β,即对t 的定积分中,下限比上限小时才有ss >

0,也就有|ss |=ss ,这样才有上述计算公式。这个问题在计算中也

要特别注意。沿曲线上的点由A 变到B ,即t 的下限α对应曲线积分的起点A ,他的上限β对应曲线积分的起点A ,t 的上限β对应终点B 。 历年真题

1、设曲线L :s (s ,s )=1,s (s ,s )具有一阶连续偏导数,过第二象限内的点M 和第四象限内的点N ,Γ为L 上从点M 到点N 的一段弧,则下列小于零的选项是

(A)∫s (s ,s )ss Γ (B)∫s (s ,s )ss Γ

(C)∫s (s ,s )ss Γ (D)∫s s ′(s ,s )ss Γ+s s ′(s ,s )ss

(2007,数一,

4分)

【解析】

设点s ,s 的坐标分别为s (s 1,s 1),s (s 2,s 2),则有题设可知

∫s (s ,s )ss Γ

=∫ss Γ

=s 2−s 1>0

∫s (s ,s )ss Γ

=∫ss Γ

=s 2−s 1<0

∫s (s ,s )ss Γ

=∫ss Γ

>0

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