定积分二重积分三重积分.

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一、对弧长的曲线积分的概念与性质
1.引例: 曲线形构件的质量 假设曲线形细长构件在空间所占 弧段为AB , 其线密度为
B
Mk ( k ,k , k ) s k M k 1
为计算此构件的质量, 采用
分割，作和，取极限
n
可得
M

A
k 1
机动
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2.定义 设 是空间中一条有限长的光滑曲线, 义在 上的一个有界函数, 若通过对 的任意分割 和对 局部的任意取点, 下列“乘积和式极限”
第十章 曲线积分与曲面积分
积分学 定积分二重积分三重积分曲线积分 曲面积分
积分域 区间域 平面域 空间域 曲线域
曲线积分 曲面积分 对弧长的曲线积分
曲面域
对坐标的曲线积分
对面积的曲面积分
对坐标的曲面积分
第一节 对弧长的曲线积分
第十章
一、对弧长的曲线积分的概念与性质 二、对弧长的曲线积分的计算法
机动
其中L为双纽线
(x2 y2 ) 2 a2 (x2 y2 ) ( a 0 )
解: 在极坐标系下
它在第一象限部分为
y
(0

4 rHale Waihona Puke Baiducos
L1 : r a cos 2
利用对称性 , 得
4
)
o
x
n
( k ,k , k )
f ( x, y , z ) d s f ( k ,k , k )sk 0
lim
记作
k 1
都存在, 则称此极限为函数
在曲线
上对弧长的曲线积分, 或第一类曲线积分.
称为被积函数， 称为积分弧段 . 曲线形构件的质量 M ( x, y, z ) ds
2
o
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ds d y dx x x
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如果曲线 L 的方程为
b
则有
f ( x, ( x) ) 1 2 ( x) d x a
如果方程为极坐标形式: L : r r ( ) ( ), 则
f (r ( ) cos , r ( ) sin ) r 2 ( ) r 2 ( ) d
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例1. 计算
其中 L 是抛物线
上点 O (0,0)
与点 B (1,1) 之间的一段弧 . 解: L : y x 2 ( 0 x 1 )
x x 1 4 x 2 dx
0 0 1
1
y
B(1,1)
y x2 L
1 (1 4x 2 ) 12 1 ( 5 5 1) 12
（k 为常数)
(3)
f ( x, y, z) ds
(由
1
f ( x, y , z ) d s
组成)
2
f ( x, y , z ) d s
( l 为曲线弧 的长度)
机动
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二、对弧长的曲线积分的计算法
基本思路: 求曲线积分 定理:
转化
计算定积分
是定义在光滑曲线弧 且
s k
则
tk
t k 1
2 (t ) 2 (t ) d t
) 2 ( k ) t k , 2 ( k
lim f [ ( k ) , ( k ) ]
0 k 1
n
n
注意 2 (t ) 2 (t ) 连续
lim f [ ( k ) , ( k ) ]
上的连续函数, 则曲线积分
L
f ( x, y ) d s


f [ (t ) , (t )] 2 (t ) 2 (t ) d t
lim f ( k , k )sk
0 k 1
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证: 根据定义
n
设各分点对应参数为 点 ( k ,k )对应参数为
3
2
1
0
o
1x
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例2. 计算半径为 R ,中心角为 的圆弧 L 对于它的对 称轴的转动惯量I (设线密度 = 1). 解: 建立坐标系如图, 则
y
I y 2 ds
L
x R cos L: y R sin
o
( )
L R x
L
n
(2) 定积分是否可看作对弧长曲线积分的特例 ? 否! 对弧长的曲线积分要求 ds 0 , 但定积分中 dx 可能为负.
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3. 性质
(1)
f ( x, y, z) g ( x, y, z) ds f ( x, y , z ) d s g ( x, y , z ) d s
0 k 1
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因此
说明:
(1) sk 0, t k 0, 因此积分限必须满足 !
(2) 注意到
ds (d x) 2 (d y ) 2 (t ) (t ) d t
因此上述计算公式相当于“换元法”.
机动
y
2



R 2 sin 2 ( R sin ) 2 ( R cos ) 2 d
3
sin 2 d 2R 4 2 0 R 3 ( sin cos )
3 2 R sin
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例3. 计算
推广: 设空间曲线弧的参数方程为

则

: x (t ), y (t ) , z (t ) ( t ) f ( x, y , z ) d s

f ( (t ) , (t ), (t ) ) 2 (t ) 2 (t ) 2 (t ) d t

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Mk sk M k 1

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如果 L 是 xoy 面上的曲线弧 , 则定义对弧长的曲线积
分为
f ( k , k )sk L f ( x, y) ds lim 0 k 1
如果 L 是闭曲线 , 则记为 f ( x, y ) ds . L 思考: (1) 若在 L 上 f (x, y)≡1, 问 d s 表示什么?