第二十章曲线积分

第二十章曲线积分§1 第一曲线积分一物理背景：空间曲线型构件的质量。

二定义设L 是3R 上可求连续曲线，端点为A 和B ，(,,)f x y z 在L 上有界，令0,n A P B P ==，在L 上从A 到B 顺序插入分点121,,,n P P P -，任取1(,,)i i i i iP P ξηζ-∈，作和式1(,,)niiiii f S ξηζ=∆∑，01(,,)lim (,,)ni i i ii Lf x y z ds f S λξηζ→==∆∑⎰，L 称为积分路径。

特别的，平面上(,)Lf x y ds ⎰。

三性质：线性；路径可加性；四计算方法：(,,)f x y z 在L 上连续，则它在L 上第一类曲线积分存在，且L 方程为(),(),(),x x t y y t z z t t αβ===≤≤其中(),(),()x t y t z t 具有连续偏导，且'(),'(),'()x t y t z t 不同时0，则L可求长且(,,)((),(),(Lf x y z ds f x t y t z t βα=⎰⎰。

特别的，(),y y x a x b =≤≤，(,)(,(Lf x y ds f x y x βα=⎰⎰例1计算LI =⎰，222:,L x y a y x +==和x 轴在第一象限所围边界. OAOBABI =++⎰⎰⎰:,0OA y x x =≤≤,01a a OAe ==-⎰⎰:cos ,sin ,04AB x a y a πθθθ==≤≤,404a aABe ad ae ππθ==⎰⎰ :0,0OB y x a =≤≤,1ax a OBe dx e ==-⎰⎰, 所以 2(1)4a a I e ae π=-+。

例2 非均匀金属线cos ,sin ,,01t t t x e t y e t z e t ===≤≤，每点的线密度与该点到原点的距离的平方成反比，且在（1，0，1）处的线密度为1，求质量M . 解 2222(,,)2tk kx y z x y z eρ==++，由(1,0,1)1ρ=得2k =，所以2(,,)t x y z e ρ-=11210(,,))tt LM x y z ds edt e dt e ρ---====-⎰⎰。

G202第二型曲线积分

第20章
第20章曲线积分
本章内容：
第一节、第一型曲线积分
（或称：关于弧长的曲线积分）
第二节、第二型曲线积分
（或称：关于坐标的曲线积分）
1
几类积分概况
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面域
曲线积分
对弧长的曲线积分（第一型）对坐标的曲线积分（第二型）
25
3. 计算
•
对有向光滑弧
L
:
x y
(t) (t)
,
t :
P[
(t),
(t )] (t )
Q[
(t),
(t)]
(t)d
t
• 对有向光滑弧 L : y (x) , x : a b
ab P[x, (x)] Q[x, (x)] (x)dx
26
• 对空间有向光滑弧 :
x (t) y (t), t : z (t)
T 0 k 1
P(k
, k )xk Q(k
,k )yk
记作 L P(x, y)dx Q(x, y)d y或L P(x, y)dx L Q(x, y)d y
都存在, 则称此极限为函数
在有向曲线弧 L 上
第二型曲线积分, 或对坐标的曲线积分. 其中
称为被积函数 , L 称为积分弧段或积分曲线 .
y B(1,1)
解法1 取 x 为积分变量, 则 L : AO OB
AO : y x, x :1 0
y x
OB : y x, x : 0 1
o y x x
xydx xydx xydx
L
AO
OB
解法2 取 y 为积分变量, 则

第一型曲线积分

Li
L
k
也存在，且 f ( x, y)ds
f ( x, y)ds
L
i 1 Li
3 保号性若L f ( x, y)ds与L g( x, y)ds都存在，
且在 L上 f ( x, y) g( x, y)，
则L f ( x, y)ds L g( x, y)ds
4 积分绝对值若L f ( x, y)ds存在，则 L f ( x, y)ds也存在，且| L f ( x, y)ds | L f ( x, y)ds
2(t) 2(t) 2(t)dt;
例1. 计算L yds. 其中 L 为y2=2x自点(0, 0)到点(2, 2)
的一段弧. 解1:
y 2
y2=2x
ds
1
dy dxyds 2 2x 1 1 dx
L
0
2x
0
2x
2 2x＋1dx 1 (5 5 1)
0
3
解2： L : x y2 , 0≤y≤2 2
f ( (t ), (t ))关于t 连续，则
M>0, 使得 f ( (t ), (t )) M .
又 2(t) 2(t)在[, ]上一致连续
。
即 0, 0,使当t<时有
2( ) 2( ) 2( ) 2( ) ,
从而
n
M ti M (b a) 0. i 1
由定积分的定义
5 平均值公式若L f ( x, y) d存s在，L的弧长为s，
则存在常数c，使得L f ( x, y)ds cs。
其中inf f ( x, y) c sup f ( x, y)
L
L
二第一型曲线积分的计算
定理 20.1

《数学分析》第20章曲线积分ppt课件

L f ( x, y, z)ds.
于是前面讲到的质量分布在曲线段 L 上的物体的质
量可由第一型曲线积分 (1) 或 (2) 求得.
1. 若 L fi ( x, y)ds(i 1, 2,, k ) 在ci (i 1, 2, , k )为
k
常数, 则 L i1 ci fi ( x, y)ds 也存在, 且
上定义的连续非负函数. 由第一型曲线的定义, 易见以 L为准线, 母线平行于z 轴的柱面上截取
0 z f ( x, y)的部分的面积就是L f ( x, y)ds.
z
z f (x, y)
O
y
x
L
图 20 1
二．第一型曲线积分的计算
定理20.1
设有光滑曲线
L
:
x y
(t (t
), ),
f ( x, y)ds.
L
i 1 Li
3．若 L f ( x, y)ds 与 L g( x, y)ds 都存在, 且在 L 上
f ( x, y) g( x, y), 则
L f ( x, y)ds L g( x, y)ds. 4．若 L f ( x, y)ds 存在,则 L |f ( x, y)|ds 也存在,
k
k
L i1 ci fi ( x, y)ds i1 ci L fi ( x, y)ds.
2. 若曲线段 L由曲线 L1, L2 ,, Lk 首尾相接而成,
f ( x, y)ds (i 1,2,,k) 都存在, 则 f ( x, y)ds
Li
L
也存在, 且
k
f ( x, y)ds
定义1 设 L 为平面上可求长度的曲线段, f ( x, y) 为

曲线曲面积分总结

曲线曲面积分总结引言曲线曲面积分是微积分的一个重要分支，它在物理学、工程学和数学分析等领域中有广泛的应用。

本文将对曲线曲面积分的基本概念、计算方法以及一些常见的应用进行总结和说明。

一、曲线积分1.1 概念曲线积分用于描述沿曲线的物理量的累积效应。

给定一条曲线C，曲线积分可以用来计算函数f(x,y)沿此曲线的积分。

曲线积分的计算可以分为两种类型：第一类曲线积分和第二类曲线积分。

1.1.1 第一类曲线积分第一类曲线积分又称为标量场的曲线积分，用来计算形如f(x, y, z)的标量场沿曲线C的积分。

第一类曲线积分可以用参数方程表示，计算公式为：第一类曲线积分第一类曲线积分1.1.2 第二类曲线积分第二类曲线积分又称为矢量场的曲线积分，用来计算形如\vec{F}=F_1\vec{i}+F_2\vec{j}+F_3\vec{k}的矢量场沿曲线C的积分。

第二类曲线积分可以用参数方程表示，计算公式为：第二类曲线积分第二类曲线积分1.2 计算方法曲线积分的计算方法有两种：参数法和直接法。

1.2.1 参数法参数法是通过曲线的参数方程来计算曲线积分。

首先需要将被积函数和参数方程表示成关于参数t的表达式，然后再进行积分计算。

直接法是通过直接求解矢量场与曲线的切向量的点积来计算曲线积分。

该方法相对简单，适用于简单的曲线。

1.3 应用曲线积分在物理学和工程学中有广泛的应用。

例如，在电磁学中，曲线积分用于计算磁场沿闭合曲线的环流量；在流体力学中，曲线积分用于计算流体质点沿曲线的流量。

二、曲面积分2.1 概念曲面积分用于描述曲面上的物理量的累积效应。

给定一个曲面S，曲面积分可以用来计算函数f(x, y, z)在此曲面上的积分。

曲面积分的计算可以分为两种类型：第一类曲面积分和第二类曲面积分。

2.1.1 第一类曲面积分第一类曲面积分又称为标量场的曲面积分，用来计算形如f(x, y, z)的标量场在曲面S上的积分。

第一类曲面积分的计算公式为：第一类曲面积分第一类曲面积分2.1.2 第二类曲面积分第二类曲面积分又称为矢量场的曲面积分，用来计算形如\vec{F}=F_1\vec{i}+F_2\vec{j}+F_3\vec{k}的矢量场在曲面S上的积分。

高教版数学分析第4版课件20-2

加即可得到所求之曲线积分.
数学分析第二十章曲线积分
高等教育出版社
§2 第二型曲线积分第二型曲线积分的定义第二型曲线积分的计算
两类曲线积分的联系
由于沿直线 AD : x x, y 1(1 x 2) 的线积分为
xydx ( y x)dy xydx 2 xdx 3
AD
AD
1
2
沿直线 DB : x 2, y y(1 y 3) 的线积分为
3
xydx ( y x)dy ( y x)dy ( y 2)dy 0.
DB
DB
1
沿直线 BA 的线积分可由(i)及公式(5)得到
xydx ( y x)dy = xydx ( y x)dy 25 .
AB
AB
为书写简洁起见, (1)式常简写成
Pdx Qdy 或 Pdx Qdy.
L
AB
数学分析第二十章曲线积分
高等教育出版社
§2 第二型曲线积分第二型曲线积分的定义第二型曲线积分的计算
两类曲线积分的联系
若L为封闭的有向曲线, 则记为
L Pdx Qdy.
(2)
若记 F( x, y) (P( x, y),Q( x, y)), ds (dx, dy), 则(1)
数学分析第二十章曲线积分
§2 第二型曲线积分
第二型曲线积分与第一型曲线积分不同的是在有方向的曲线上定义的积分, 这是由于第二型曲线积分的物理背景是求变力沿曲线作的功,而这类问题显然与曲线的方向有关.
一、第二型曲线积分的定义二、第二型曲线积分的计算三、两类曲线积分的联系
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第二十章曲线积分

第二十章曲线积分§1 第一型曲线积分教学目的掌握第一型曲线积分的定义，性质和计算公式．教学内容第一型曲线积分的定义，性质和计算公式．基本要求：掌握第一型曲线积分的定义，性质和计算公式．教学建议要求学生必须熟练掌握第一型曲线积分的定义，性质和计算公式．教学程序一、引言: 金属曲线的质量问题设有一根有限的金属曲线C ,其线密度是不均匀的,在C 上的点(x,y)处的密度为(,)p x y ,试问该曲线的质量是多少?用微分分析来处理之,若p 均匀,则好处理: m=p(C).a) 分割:设曲线C 端点为A,B,从A 到B 依次插入121,,,n A A A -L ,这样曲线C 就分成了一些小弧段.把1i i A A -（0,n A A A B ==）的弧长记为,1,2,,i S i n∆=L ,在每一小弧段数1i i A A -上都任取一点(,)i i p ξη.显然,当i S ∆很小时, 1i i A A -的质量mi近似等于(,)i i i p S ξη∆.从而整个金属曲线C 的质量m:b) 作和: m=∑=m i m 1i ∑=≈mi i i p 1),(ηξSi ∆c) 取极限:令s=max Si ∆,则m=lim ∑=ni i i p 1),(ηξSi ∆上式右端还是分割,作和,取极限,这意外着我们已经达到一种类型的积分,这种积分就是第一类曲线积分.抽去上述问题的实际背景,并把它推广到[]中就有下面的定义: 二、第一型曲线积分的概念与性质（一）、第一类曲线积分的定义定义设L 为平面上可求长度的曲线段，()y x f ,为定义在L 上的函数．对曲线L 作分割T ，它把L 分成n 个可求长度的小曲线段i L （n i ,,2,1Λ=），i L 的弧长记为i s ∆，分割T 的细度为ini s T ∆=≤≤1max ，在i L 上任取一点()i i ηξ,（n i ,,2,1Λ=）．若有极限()∑=→∆ni iiiT sf 1,limηξ=J ，且J 的值与分割T 与点()i i ηξ,的取法无关，则称此极限为()y x f ,在L 上的第一型曲线积分，记作()dsy x f L⎰,．（二）、第一型曲线积分的性质（1）若()dsy x f Li⎰,（n i ,,2,1Λ=）都存在，i c （n i ,,2,1Λ=），为常数，则()ds y x f c L n i ii ⎰∑=1,=()dsy x f c ni Lii ∑⎰=1,.（2）若曲线段L 由曲线21,L L …n L ，首尾相接而成，()dsy x f iL ⎰,都存在，则()dsy x f L⎰,也存在，且()ds y x f L⎰,=()dsy x f ni L i∑⎰=1,.（3）若()ds y x f L⎰,，()dsy x g L⎰,都存在，且在L 上()()y x g y x f ,,≤，则()ds y x f L⎰,≤()dsy x g L⎰,.（4）若()ds y x f L ⎰,存在，则()dsy x f L⎰,也存在，且()ds y x f L⎰,≤()dsy x f L⎰,.（5）若()dsy x f L⎰,存在，L 的弧长为s ，则存在常数c ，使得()dsy x f L⎰,=c s ，这里()()y x f c y x f LL,max ,inf ≤≤.三、第一类曲线积分的计算定理20.1设有光滑曲线L ：()()[]βαψϕ,,,∈⎩⎨⎧==t t y t x ， ()y x f ,为定义在上的连续函数，则()dsy x f L⎰,=()()()()()⎰'+'βαψϕψϕdtt t t t f 22, . (3)证明由弧长公式知道，L 上由1-=i t t 到i t t =的弧长,=∆i s ()()⎰-'+'ii t t dtt t 122ψϕ，由()()t t 22ψϕ'+'的连续性与积分中值定理，有=∆i s ()()i i i t ∆''+''τψτϕ22()i i i t t <'<-τ1，所以()∑=∆n i iiis f 1,ηξ=()()()()()ini i i it f ∆''+''''''∑=122,τψτϕτψτϕ，这里()i i i i t t ≤'''≤-ττ,1．设=σ()()()()()()()ii i ni i i it f ∆'''+'''-''+''''''∑=][,22122τψτϕτψτϕτψτϕ，则有()∑=∆n i iiis f 1,ηξ=()()()()()ini i i it f ∆'''+'''''''∑=122,τψτϕτψτϕ+σ， (4)令{}11,,m ax n t t t ∆∆=∆Λ，则当0→T 时，必有0→∆t ．现在证明0lim 0=→∆σt .因为复合函数()()()t t f ψϕ,关于t 连续，所以在闭区间[]βα,上有界，即存在常数M ，使对一切t ∈[]βα,都有 ()()()M t t f ≤ψϕ,，()()()()ετψτϕτψτϕ≤'''+'''-''+''i i i i 2222，再由()()t t 22ψϕ'+'在[]βα,上连续，所以它在[]βα,上一致连续，即对任给的0>ε，必存在0>δ，使当δ<∆t 时有()()()()ετψτϕτψτϕ≤'''+'''-''+''i i i i 2222，从而()∑=-=∆≤ni i a b M t M 1εεσ, 所以0lim 0=→∆σt .再由定积分定义()()()()()ini i i i t f ∆''+''''''∑=122,τψτϕτψτϕ=()()()()()⎰'+'βαψϕψϕdtt t t t f 22,，因此当在(4)式两边取极限后，即所要证的式.当曲线L 由方程()[]b a x x y ,,∈=ψ表示，且()x y ψ=在[]b a ,上有连续导函数时，(3)式成为()()()⎰'+badxx xt x f 21,ψψ.注：1. 小参数值作下限，大参数值作上限．1.上述公式可能为在替换)().().(t z z t y y t x x ===下积分ds z y x f c⎰),,(的变形.2.注意:=ds3. 利用弧长公式:把第一类曲线积分化为定积分计算.4.特别地,如果曲线C 为一光滑的平面曲线,解为 y=)(x ϕ ),(b x a ≤≤ 那么有⎰⎰+=dx x x x f ds y x f c)(1)](,[),('2ϕϕ.若曲线C 方程为],[),(d c y y x ∈=ϕ, 则dy y y y f y x f dc c)(1]),([),('2ϕϕ+=⎰⎰.5.这个积分的特性在于曲线C 的方向无关,又称为关于弧长的积分.例1 设L 是半圆π≤≤⎩⎨⎧==t t a y t a x 0,sin ,cos 试计算第一型曲线积分()⎰+Ldsy x22.解 ()⎰+Ldsy x22=()⎰=+ππ032222sin cos a dt t t a a .例2 设L 是x y 42=从()0,0O 到()2,1A 的一段，试计算第一型曲线积分⎰Lyds.解 ⎰L yds =()12234024*******32202-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅=+⎰y dy y y .空间曲线L 上的第一型曲线积分: 设空间曲线)( , )( , )( :t z t y t x L χψϕ===,],[βα∈t .函数)( , )(, )(t t t χψϕ连续可导, 则对L 上的连续函数),,(z y x f , 有 ()⎰⎰'+'+'=Ldt t t t t t t f ds z y x f βαχψϕχψϕ)()()()( , )( , )(),,(222.例3 计算积分⎰Lds x 2, 其中L 是球面2222a z y x =++被平0=++z y x截得的圆周 .解由对称性知 , ⎰=Lds x 2⎰=Lds y 2⎰Lds z 2, ⇒⎰L ds x 2=⎰⎰==++L L a ds a ds z y x 32222323)(31π. ( 注意L 是大圆 ).例4 求⎰++Lds zx yz xy )(，其中L 是球面2222a z y x =++与平面0=++z y x 的交线.解法1 ⎰++Lds zx yz xy )(⎰++=Lds zx yz xy )(221⎰++-++=Lds z y x z y x )]()[(212222 ⎰++-=L ds z y x )(21222⎰-=-=La ds a 322π 解法2 求曲线L 的参数方程。

数学分析20曲线积分总练习题(含参考答案)

第二十章曲线积分总练习题1、计算下列曲线积分：(1)⎰L yds , 其中L 是由y 2=x 和x+y=2所围的闭曲线； (2)⎰L ds y , 其中L 为双纽线(x 2+y 2)2=a 2(x 2-y 2)；(3)⎰L zds , 其中L 为圆锥螺线x=tcost, y=tsint, z=t ，t ∈[0,t 0]；(4)ydx x dy xy L 22-⎰, 其中L 为以a 为半径，圆心在原点的右半圆周从最上面一点A 到最下面一点B ； (5)⎰--Lyx dxdy , 其中L 是抛物线y=x 2-4, 从A(0,-4)到B(2,0)的一段； (6)dz x dy z dx y L 222++⎰,L 是维维安尼曲线x 2+y 2+z 2=a 2, x 2+y 2=ax (z ≥0,a>0),若从x 轴正向看去，L 是沿逆时针方向进行的.解：(1)解方程组⎩⎨⎧=+=22y x x y ，得⎩⎨⎧-==24y x ，⎩⎨⎧==11y x .∴曲线L 抛物线段为x=y 2, y ∈[-2,1], ds=241y +dy; 直线段为x=2-y, y ∈[-2,1], ds=2dy; ∴⎰L yds =dy y y ⎰-+12241+dy y ⎰-122=1232)41(121-+y +12222-y=223)171755(121-- (2)双纽线的极坐标方程为：r 2=a 2cos2θ, θ∈[-4π,4π]∪[43π,45π], ∴ds=θd r r 22'+=θθd ra r 22422sin +=θd r a 2，由被积函数与L 的对称性，有⎰Lds y =4θθπd r a r ⎰402sin =4a 2θθπd ⎰40sin =4a 2⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-221.(3)ds=dt z y x 222'+'+'=dt t 22+. ∴⎰L zds =dt t t t 2200+⎰=[]22)2(3120-+t.(4)L: x=acost, y=asint, -2π≤t ≤2π.∴ydx x dy xy L 22-⎰=dt t t a ⎰-22224sin cos 2ππ=)4()4cos 1(16224t d t a⎰--ππ=44πa -.(5)⎰--L y x dx dy =dx x x x ⎰+--202412=-)4(412202----⎰x x d x x =-ln|x 2-x-4|2=ln2.(6)设x=asin 2t, 则维维安尼曲线的参量方程为：x=asin 2t, y=asintcost, z=acost, 当t 从2π减少到-2π时，就是曲线的方向， ∴dz x dy z dx y L 222++⎰=a3dt t t t t t t )sin cos sin cos cos sin 2(52222433--+⎰-ππ= a 3⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎰⎰--dt t t dt t 2222222cos sin 2cos ππππ= a 3⎪⎭⎫ ⎝⎛+-42ππ=4π-a 3.2、设f(x,y)为连续函数，试就如下曲线： (1)L:连接A(a,a), C(b,a)的直线段；(2)L:连接A(a,a), C(b,a), B(b,b)三点的三角形(逆时针方向)，计算下列曲线积分：⎰L ds y x f ),(, ⎰Ldx y x f ),(,⎰Ldy y x f ),(.解：(1)⎰L ds y x f ),(=dx a x f ba ⎰),(; ⎰Ldx y x f ),(=dx a x f b a⎰),(;⎰Ldy y x f ),(=0.(2)∵⎰L =⎰AC +⎰CB +⎰BA ,∴⎰L ds y x f ),(=dx a x f ba ⎰),(+dy yb f ba ⎰),(+dt t t f ba 2),(⎰;⎰Ldx y x f ),(=dx a x f b a⎰),(+0+dt t t f ba⎰),(;⎰Ldy y x f ),(=0+dy y b f b a⎰),(+dt t t f ba⎰),(.3、设f(x,y)为定义在平面曲线弧段⌒AB上的非负连续函数，且在⌒AB上恒大于0.(1)试证明⎰⋂ABdsyxf),(>0；(2)在相同条件下，第二型曲线积分⎰⋂ABdxyxf),(>0是否成立？为什么？(1)证：∵存在点(x0,y0)∈⌒AB，使得⎰L dsyxf),(=f(x0,y0)△L，△L为⌒AB的弧长. 又f(x,y)在⌒AB上恒大于0，即f(x0,y0)>0，∴⎰⋂ABdsyxf),(>0.(2)解：不一定成立，如取⌒AB为从A(0,0)到B(0,1)的直线段，取f(x,y)=0,则⎰⋂ABdxyxf),(=0.。

数学分析20.2第二型曲线积分(含习题及参考答案)

第二十章曲线积分 2第二型曲线积分一、第二型曲线积分的定义引例：如图，一质点受力F(x,y)的作用沿平面曲线L 从点A 移动到点B ，求力F(x,y)所作的功.在曲线⌒AB 内插入n-1个分点M 1, M 2, …, M n-1，与A=M 0, B=M n 一起把有向曲线⌒AB分成 n 个有向小弧段⌒M i-1M i (i=1,2,…,n).若记小弧段⌒M i-1M i 的弧长为△s i ，则分割T 的细度为T =i ni s ∆≤≤1max .设力F(x,y)在x 轴和y 轴方面的投影分别为P(x,y)与Q(x,y)，则 F(x,y)=(P(x,y),Q(x,y)). 又设小弧段⌒M i-1M i 在x 轴与y 轴上的投影分别为 △x i =x i -x i-1与△y i =y i -y i-1，(x i ,y i )与(x i-1,y i-1)分别为分点M i 与M i-1的坐标. 记ii M ML 1-=(△x i ,△y i )，于是力F(x,y)在小弧段⌒M i-1M i 上所作的功为W i ≈F(ξi ,ηi )·ii M ML 1-=P(ξi ,ηi )△x i +Q(ξi ,ηi )△y i ，其中(ξi ,ηi )是⌒M i-1M i 上任一点.因而力F(x,y)沿曲线⌒AB所作的功近似地等于 W=∑=n i i W 1≈∑=∆n i i i i x P 1),(ηξ+∑=∆ni i i i y Q 1),(ηξ.定义1：设函数P(x,y)与Q(x,y)定义在平面有向可求长度曲线L ：⌒AB 上.对L 的任一分割T 把L 分成n 个小弧段⌒M i-1M i (i=1,2,…,n), A=M 0, B=M n . 记各小弧段⌒M i-1M i 的弧长为△s i ，分割T 的细度为T =i ni s ∆≤≤1max .又设T 的分点M i 的坐标为(x i ,y i )，并记△x i =x i -x i-1,△y i =y i -y i-1(i=1,2,…,n). 在每个小弧段⌒M i-1M i 上任取一点(ξi ,ηi )，若存在极限∑=→∆ni iiiT xP 1),(limηξ+∑=→∆ni i i i T y Q 1),(lim ηξ且与分割T 与点(ξi ,ηi )的取法无关，则称此极限为函数P(x,y), Q(x,y)沿有向曲线L 上的第二型曲线积分，记作：⎰L dx y x P ),(+Q(x,y)dy 或⎰AB dx y x P ),(+Q(x,y)dy ，也可简写为⎰LPdx +Qdy 或⎰ABPdx +Qdy ，若L 为封闭的有向曲线，则记为⎰LPdx +Qdy.若记F(x,y)=(P(x,y),Q(x,y))，ds=(dx,dy)，则有向量形式：⎰⋅L ds F 或⎰⋅AB ds F . 若L 为空间有向可求长度曲线，P(x,y,z), Q(x,y,z), R(x,y,z)为定义在L 的函数，可类似地定义沿空间有向曲线L 上的第二型曲线积分，并记为：⎰Ldx z y x P ),,(+Q(x,y,z)dy+R(x,y,z)dz 或⎰ABdx z y x P ),,(+Q(x,y,z)dy+R(x,y,z)dz ，也可简写为⎰L Pdx +Qdy+Rdz 或⎰AB Pdx +Qdy+Rdz.当把F(x,y)=(P(x,y),Q(x,y),R(x,y))与ds=(dx,dy,dz)看作三维向量时，有向量形式⎰⋅L ds F 或⎰⋅AB ds F .注：第二型曲线积分与曲线L 的方向有关，对同一曲线，当方向由A 到B 改变由B 到A 时，每一小曲线段的方向都改变，从而所得△x i ,△y i 也随之变号，故有⎰AB Pdx +Qdy= -⎰BA Pdx +Qdy.性质：1、若⎰L i dx P +Q i dy 存在，c i (i=1,2,…,k)为常数，则dx P c L k i i i ⎰∑⎪⎭⎫ ⎝⎛=1+dy Q c k i i i ⎪⎭⎫ ⎝⎛∑=1也存在，且 dx P c L k i i i ⎰∑⎪⎭⎫⎝⎛=1+dy Q c k i i i ⎪⎭⎫⎝⎛∑=1=()dy Q dx P c iLiki i +⎰∑=1.2、若有向曲线L 是由有向曲线L 1,L 2,…,L k 首尾相接而成，且⎰iL Pdx +Qdy(i=1,2,…,k)存在，则⎰LPdx +Qdy 也存在，且⎰LPdx +Qdy =∑⎰=ki L iPdx 1+Qdy.二、第二型曲线积分的计算设平面曲线L:⎩⎨⎧==)()(t y t x ψϕ, t ∈[α,β]，其中φ(t),ψ(t)在[α,β]上具有一阶连续导函数，且点A 与B 的坐标分别为(φ(α),ψ(α))与(φ(β),ψ(β)). 又设P(x,y)与Q(x,y)为定义在L 上的连续函数，则沿L 从A 到B 的第二型曲线积分⎰Ldx y x P ),(+Q(x,y)dy=⎰'+'βαψψϕϕψϕdt t t t Q t t t P )]())(),(()())(),(([.注：1、对沿封闭曲线L 的第二型曲线积分的计算，可在L 上任取一点作为起点，沿L 所指定的方向前进，最后回到这一点.2、设空间有向光滑曲线L 的参量方程为x=x(t), y=y(t), z=z(t), t ∈[α,β]，起点为(x(α),y(α),z(α))，终点为(x(β),y(β),z(β))，则Rdz Qdy Pdx L ++⎰=⎰'+'+'βαdt t z t z t y t x R t y t z t y t x P t x t z t y t x P )]())(),(),(()())(),(),(()())(),(),(([.例1：计算⎰L xydx +(y-x)dy ，其中L 分别沿如图中路线： (1)直线AB ；(2)ACB(抛物线：y=2(x-1)2+1)； (3)ADBA(三角形周界).解：(1)方法一：L:⎩⎨⎧+=+=ty tx 211, t ∈[0,1]，∴⎰L xydx +(y-x)dy=⎰+++10]2)21)(1[(dt t t t =625. 方法二：L: y=2x-1, x ∈[1,2]，∴⎰L xydx +(y-x)dy=⎰-+-21)]1(2)12([dx x x x =625. (2)⎰L xydx +(y-x)dy=⎰+--++-2122)]352)(44()342([dx x x x x x x=⎰-+-2123)12353210(dx x x x =610.(3)⎰L xydx +(y-x)dy=⎰AD xydx +(y-x)dy+⎰DB xydx +(y-x)dy+⎰BA xydx +(y-x)dy. 又⎰AD xydx +(y-x)dy=⎰21xdx =23;⎰DBxydx +(y-x)dy=⎰-31)2(dy y =0;⎰BAxydx +(y-x)dy=-625；∴⎰L xydx +(y-x)dy=23+0-625=-38.例2：计算ydx xdy L +⎰，这里L(如图) (1)沿抛物线y=2x 2, 从O 到B 的一段； (2)沿直线段OB ：y=2x ； (3)沿封闭曲线OABO.解：(1)ydx xdy L +⎰=⎰+1022)24(dx x x =2. (2)ydx xdy L +⎰=⎰+10)22(dx x x =2. (3)ydx xdy OA +⎰=⎰100dx =0;ydx xdy AB+⎰=⎰2dy =2;ydx xdy BO+⎰=-2；∴⎰+L ydx xdy =ydx xdy OA +⎰+ydx xdy AB +⎰+ydx xdy BO +⎰=0+2-2=0.例3：计算第二型曲线积分⎰+-+L dz x dy y x xydx 2)(，L 是螺旋线：x=acost, y=asint, z=bt 从t=0到t=π上的一段. 解：⎰+-+L dzx dy y x xydx 2)(=dt t b a t t t a t t a ⎰+-+-π022223]cos )sin (cos cos cos sin [=⎰⎰⎰-++-πππ222223cos sin cos )1(cos sin tdtt a atdt b a tdt t a=⎰+π022cos )1(tdt b a =21a 2(1+b)π.例4：(如图)求在力F(y,-x,x+y+z)作用下， (1)质点由A 沿螺旋线L 1到B 所作的功. 其中L 1: x=acost, y=asint, z=bt, 0≤t ≤2π； (2)质点由A 沿直线L 2到B 所作的功. 解：(1)W=⎰+++-L dzz y x xdy ydx )(=dt bt t a t a b t a t a ⎰+++--π202222)]sin cos (cos sin [=dt t b t ab t ab a ⎰+++-π2022)sin cos (=-2πa 2+2π2b 2=2π(πb 2-a 2).(2)∵L 2: x=a,y=0,z=bt ，0≤t ≤2π；∴W=⎰+++-L dz z y x xdy ydx )(=dt bt a b ⎰+π20)(=2πb(a+πb)三、两类曲线积分的联系设L 为从A 到B 的有向光滑曲线，它以弧长s 为参数，于是L: ⎩⎨⎧==)()(s y y s x x , 0≤s ≤l ，其中l 为曲线L 的全长，且点A,B 的坐标分别为(x(0),y(0))与(x(l),y(l)). 曲线L 上每一点的切线方向指向弧长增加的一方.现以(),()分别表示切线方向t 与x 轴与y 轴的夹角，则在曲线上的每一点的切线方向余弦为dsdx=cos(),dsdy=cos().若P(x,y), Q(x,y)为曲线L 上的连续函数，则由⎰Ldx y x P ),(+Q(x,y)dy=⎰'+'lds s y s y s x Q s x s y s x P 0)]())(),(()())(),(([得⎰LPdx +Qdy=⎰ls y s x P 0))(),(([cos()+))(),((s y s x Q cos()]ds=⎰L y x P ),([cos()+),(y x Q cos()]ds.最后得到一个根据第一型曲线积分化为定积分的等式. 即两类曲线积分之间的转换公式.注：当⎰L Pdx +Qdy 的方向改变时，⎰Ly x P ),([cos()+),(y x Q cos()]ds 中的夹角与原夹角相差弧度π，从而cos()和cos()也随之变号.因此，一旦方向确定，两类曲线积分之间的转换公式总是成立.习题1、计算第二型曲线积分：(1)⎰-L ydx xdy , 其中L (如图)(i)沿抛物线y=2x 2, 从O 到B 的一段； (ii)沿直线段OB ：y=2x ； (iii)沿封闭曲线OABO.(2)⎰+-L dy dx y a )2(, 其中L 为摆线a(t-sint),y=a(1-cost) (0≤t ≤2π)，沿t 增加方向的一段； (3)⎰++-Lyx ydy xdx 22, 其中L 为圆周x 2+y 2=a 2依逆时针方向； (4)⎰+L xdy ydx sin , 其中L 为y=sinx(0≤x ≤π)与x 轴所围的闭曲线，依顺时针方向；(5)⎰++L zdz ydy xdx , 其中L 为从(1,1,1)到(2,3,4)的直线段. 解：(1)(i)ydx xdy L -⎰=⎰-1022)24(dx x x =32. (ii)⎰-L ydx xdy =⎰-10)22(dx x x =0.(iii)ydx xdy OA -⎰=⎰100dx =0;ydx xdy AB -⎰=⎰20dy =2;ydx xdy BO -⎰=-32； ∴⎰-L ydx xdy =ydx xdy OA -⎰+ydx xdy AB -⎰+ydx xdy BO -⎰=0+2-32=34.(2)⎰+-L dy dx y a )2(=⎰+---π20}sin )cos 1)](cos 1(2[{dt t a t t a a a =dt t a dt t a ⎰⎰+-ππ202022sin )cos 1(=πa 2.(3)由圆的参数方程：x=acost, y=asint, (0≤t ≤2π)得⎰++-L y x ydyxdx 22=⎰+π20222)cos sin sin cos (adt t t a t t a =0. (4)记点A(π,0)则⎰+Lxdy ydx sin =⎰⎰⋂+++OAAOxdyydx xdy ydx sin sin=⎰⎰++000)cos sin (sin ππdx dx x x x =-cosx π0=2.(5)L 的参数方程为：x=t, y=2t-1, z=3t-2, (1≤t ≤2)， ∴⎰++L zdz ydy xdx =⎰-+-+21)6924(dt t t t =⎰-21)814(dt t =13.2、设质点受力作用，力的反方向指向原点，大小与质点离原点的距离成正比. 若由质点与(a,0)沿椭圆移动到(0,b)，求力所作的功. 解：椭圆的参数方程为x=acost, y=bsint, 0≤t ≤2π.F=k ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-+-+222222,y x y y x x y x =(-kx,-ky), k>0. ∴力所作的功W=⎰L Pdx +Qdy=⎰+-L ydy xdx k )(=-k ⎰+-2022)cos sin sin cos (πdt t t b t t a =2k(a 2-b 2).3、设一质点受力作用，力的方向指向原点，大小与质点到xy 平面的距离成反比. 若质点沿直线x=at, y=bt, z=ct(c ≠0)从M(a,b,c)移动到N(2a,2b,2c)，求力所作的功.解：F=zk , k ≠0. 由力的方向指向原点，故其方向余弦为：cos α=r x -, cos β=r y -, cos γ=r z-, 其中r=222z y x ++F 的三个分力为P=-r x z k , Q=-r y z k , P=-rz z k =-r k, ∴力所作的功为W=-dz r kdy rz ky dx rz kx L ++⎰=-k ⎰++++21222222)(dt tc b a ct t c b a =c c b a k 222++'ln2.4、证明曲线积分的估计公式：⎰+ABQdy Pdx ≤LM, 其中L 为AB 的弧长，M=22),(maxQ P ABy x +∈.利用上述不等式估计积分I R =⎰=+++-222222)(R yx y xy x xdyydx ，并证明+∞→R lim I R =0. 证：(1)∵⎰+AB Qdy Pdx =⎰⎪⎭⎫⎝⎛+AB ds dy Q dsdx Pds 且 ds dy Q ds dx P +≤⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+2222)(ds dy ds dx Q P ≤22Q P +，从而 ⎰+ABQdy Pdx ≤⎰+ABdsdyQ ds dx Pds ≤⎰+AB Q P 22ds ≤⎰AB M ds=LM. (2)42222)(max222y xy x y x R y x +++=+=4222)21(R R R -=34R ; 由(1)知222)(y xy x xdyydx ++-≤2πR·34R =28R π.∵|I R |≤28R π→0 (R →+∞), ∴+∞→R lim I R =0.5、计算沿空间曲线的第二型积分：(1)⎰L xyzdz , 其中L 为x 2+y 2+z 2=1与y=z 相交的圆，其方向按曲线依次经过1,2,7,8封限；(2)⎰-+-+-L dz y x dy x z dx z y )()()(222222, 其中L 为球面x 2+y 2+z 2=1在第一卦限部分的边界线，其方向按曲线依次经过xy 平面部分，yz 平面部分和zz 平面部分.解：(1)曲线L 的参数方程为：x=cost, y=z=t sin 22, 0≤t ≤2π，当t 从0增加到2π时，点(x,y,z)依次经过1,2,7,8卦限，于是⎰Lxyzdz =⎰π20224sin cos 2tdt t =162π.(2)(如图)设I=⎰-+-+-L dz y x dy x z dx z y )()()(222222=⎰1L +⎰2L +⎰3L ,其中L 1: ⎪⎩⎪⎨⎧===0sin cos z y x θθ(0≤θ≤2π); L 2: ⎪⎩⎪⎨⎧===ϕϕsin cos 0z y x (0≤φ≤2π); L 3: ⎪⎩⎪⎨⎧===ψψcos 0sin z y x (0≤ψ≤2π); 则⎰-+-+-1)()()(222222L dz y x dy x z dx z y =⎰--2033)cos sin (πθθθd =-32-32=-34.同理⎰2L =⎰3L =-34，∴I=-34-34-34=-4.。

G202第二型曲线积分

ab P[x, (x)] Q[x, (x)] (x)dx
28
• 对空间有向光滑弧 :
x (t) y (t), t : z (t)

P
[
(t
),

(t
)
,

(t)]
(t
)
Q[ (t), (t), (t)] (t)
R[ (t), (t), (t)](t)d t
xi xi xi1 (ti ) (ti1) (i)ti
n

lim
0

i 1
P[
(
i
)
,

(
i
)]

(
i)ti
因为L 为光滑弧 ,
同理可证
n

lim
0

i 1
P[
(
i
)
,

(
i
)]
(
i
)ti
P[ (t), (t)](t)dt

Q[x(s),
y(s)]cos

ds
L P(x, y) cos Q(x, y) cos ds
21
类似地, 在空间曲线上的两类曲线积分的联系是
P d x Q d y R d z
P cos Q cos R cos ds
令 A (P , Q, R), d s (d x , dy , dz)
寄
语
假舆马者，非利足也，而致千里；假舟楫者，非能水也，而绝江河。
------旬子
1
第20章
第20章曲线积分

《曲线积分习题》课件

THANKS.
《曲线积分习题算方法 • 曲线积分的应用 • 常见题型解析 • 习题与答案
曲线积分的基本概
01
念
定义与性质
定义
曲线积分是数学分析中一个重要的概念，它是对曲线上的函数进行积分的一种方法。
性质
曲线积分具有线性性质、可加性、积分区间的可分性以及对称性等。
提高习题在难度上有所提升，要求学生对曲线积分的计算方法和应用有更深入的理解。题目涉及更复杂的曲线和积分区间，需要灵活运用公式和技巧。
综合习题与答案
总结词
综合运用与解题技巧
详细描述
综合习题是最高难度的题目，需要学生综合运用曲线积分的多个知识点，解决复杂的问题。答案部分会详细解析解题思路和关键步骤，帮助学生理解并掌握解题技巧。
证明题解析
证明题是曲线积分习题中难度较大的一类题型，主要考察学生对积分性质和定理的理解和应用能力。
这类题目通常会给出一些已知条件，要求学生通过证明或推导，得出与曲线积分相关的结论或性质。
解题步骤包括：首先根据已知条件进行分析，然后运用相关的积分性质和定理进行推导，最后得出结论。
学生在解题时需要特别注意证明的逻辑严密性和数学表达的规范性，避免出现推理错误或表述不清的情况。
详细描述
在物理学中，曲线积分常用于分析各种场（如力场、电磁场、流体场等）的性质。例如，在分析力场时，可以通过计算曲线上的力矩来分析物体的运动状态；在分析电磁场时，可以通过计算电场线上的电势差来分析电荷的运动状态。
常见题型解析
04
计算题解析
这类题目通常会给出一条具体的曲线和对应的被积函数，要求学生计算出该函数在给定曲线
上的积分值。

曲线积分与曲面积分的概念与计算

曲线积分与曲面积分的概念与计算在数学中，曲线积分和曲面积分是两个重要的概念，用于描述曲线和曲面上的各种物理量的计算。

本文将详细介绍这两个概念的定义以及计算方法。

1. 曲线积分的概念与计算曲线积分用于计算曲线上的矢量场或标量场沿曲线的积分值，常用于求解沿路径的功、电磁感应等问题。

曲线积分可以分为第一类和第二类，下面将分别介绍。

1.1 第一类曲线积分第一类曲线积分可以用于计算矢量场沿曲线的积分值，其计算公式如下：∮C F·ds其中，C表示曲线，F表示矢量场，ds表示曲线C上的一小段投影长度，F·ds表示矢量场F与ds的点积。

要计算第一类曲线积分，首先需要确定曲线C的参数方程，并对其进行参数化。

然后，将参数方程代入上述公式，并对参数范围进行积分即可得到结果。

1.2 第二类曲线积分第二类曲线积分用于计算标量场沿曲线的积分值，其计算公式如下：∮C f ds其中，C表示曲线，f表示标量场，ds表示曲线C上的一小段投影长度。

要计算第二类曲线积分，同样需要确定曲线C的参数方程，并对其进行参数化。

然后，将参数方程代入上述公式，并对参数范围进行积分即可得到结果。

2. 曲面积分的概念与计算曲面积分用于计算曲面上的矢量场或标量场通过曲面的通量或质量的计算。

曲面积分同样可以分为第一类和第二类，下面将一一介绍。

2.1 第一类曲面积分第一类曲面积分用于计算矢量场通过曲面的通量，其计算公式如下：∬S F·dS其中，S表示曲面，F表示矢量场，dS表示曲面S上的一小块面积，F·dS表示矢量场F与dS的点积。

要计算第一类曲面积分，首先需要确定曲面S的参数方程，并对其进行参数化。

然后，将参数方程代入上述公式，并对参数范围进行积分即可得到结果。

2.2 第二类曲面积分第二类曲面积分用于计算标量场通过曲面的质量，其计算公式如下：∬S f dS其中，S表示曲面，f表示标量场，dS表示曲面S上的一小块面积。

曲线积分问题解决方案

曲线积分问题解决方案曲线积分是数学中的一个重要概念，用于计算曲线上某个矢量场对物体的作用量。

曲线积分具体是什么意思？如何解决曲线积分问题？下面将对这些问题给予详细解答。

曲线积分的定义很简单，即矢量场沿着曲线的方向对无穷小弧长的积分。

曲线积分有两种形式：第一类曲线积分和第二类曲线积分。

第一类曲线积分是将矢量场的切向量与曲线的切向量点积的积分，表示为∫C F•ds；第二类曲线积分是将矢量场的切向量与曲线的法向量点积的积分，表示为∫C F•dr。

其中，C表示曲线，F表示矢量场，ds表示无穷小弧长，dr表示无穷小位移。

要解决曲线积分问题，可以按照以下步骤进行：1. 确定曲线的参数方程：曲线积分的第一步是确定曲线的参数方程。

曲线的参数方程描述了曲线上的点与一个或多个自变量的关系。

2. 求出曲线的切向量：通过对参数方程求导，可以得到曲线的切向量。

切向量表示曲线上某一点的方向，它垂直于等于常数的矢量。

3. 确定曲线的无穷小弧长或无穷小位移：根据曲线的性质，可以确定曲线的无穷小弧长或无穷小位移。

无穷小弧长是曲线上两个相邻点之间的距离；无穷小位移是曲线上某一点的位移。

4. 计算矢量场与切向量的点积：将矢量场与切向量的点积进行计算，得到每个点上的作用量。

5. 进行积分：将每个点上的作用量进行积分，得到曲线上整个矢量场的作用量。

6. 求出曲线积分的值：对积分结果进行求值，得到曲线积分的值。

根据曲线积分的定义，可以得到第一类曲线积分和第二类曲线积分的具体计算公式。

解决曲线积分问题需要对曲线的参数方程、切向量、无穷小弧长或无穷小位移、矢量场与切向量的点积、积分和求值等概念进行深入理解和计算，同时需要灵活运用微积分知识来解决实际问题。

在解决曲线积分问题时，可以借助数学软件或计算器来进行计算，以提高计算的准确性和效率。

总之，曲线积分是一项重要的数学概念，在应用数学、物理学等领域有广泛应用。

通过掌握曲线积分的定义和计算方法，以及深入理解曲线积分的意义和应用，可以解决曲线积分问题，从而更好地应用曲线积分来解决实际问题。

数学分析20.2第二型曲线积分(含习题及参考答案)

第二十章曲线积分 2第二型曲线积分一、第二型曲线积分的定义引例：如图，一质点受力F(x,y)的作用沿平面曲线L 从点A 移动到点B ，求力F(x,y)所作的功.在曲线⌒AB 内插入n-1个分点M 1, M 2, …, M n-1，与A=M 0, B=M n 一起把有向曲线⌒AB分成 n 个有向小弧段⌒M i-1M i (i=1,2,…,n).若记小弧段⌒M i-1M i 的弧长为△s i ，则分割T 的细度为T =i ni s ∆≤≤1max .设力F(x,y)在x 轴和y 轴方面的投影分别为P(x,y)与Q(x,y)，则 F(x,y)=(P(x,y),Q(x,y)). 又设小弧段⌒M i-1M i 在x 轴与y 轴上的投影分别为 △x i =x i -x i-1与△y i =y i -y i-1，(x i ,y i )与(x i-1,y i-1)分别为分点M i 与M i-1的坐标. 记ii M ML 1-=(△x i ,△y i )，于是力F(x,y)在小弧段⌒M i-1M i 上所作的功为W i ≈F(ξi ,ηi )·ii M ML 1-=P(ξi ,ηi )△x i +Q(ξi ,ηi )△y i ，其中(ξi ,ηi )是⌒M i-1M i 上任一点.因而力F(x,y)沿曲线⌒AB所作的功近似地等于 W=∑=n i i W 1≈∑=∆n i i i i x P 1),(ηξ+∑=∆ni i i i y Q 1),(ηξ.定义1：设函数P(x,y)与Q(x,y)定义在平面有向可求长度曲线L ：⌒AB 上.对L 的任一分割T 把L 分成n 个小弧段⌒M i-1M i (i=1,2,…,n), A=M 0, B=M n . 记各小弧段⌒M i-1M i 的弧长为△s i ，分割T 的细度为T =i ni s ∆≤≤1max .又设T 的分点M i 的坐标为(x i ,y i )，并记△x i =x i -x i-1,△y i =y i -y i-1(i=1,2,…,n). 在每个小弧段⌒M i-1M i 上任取一点(ξi ,ηi )，若存在极限∑=→∆ni iiiT xP 1),(limηξ+∑=→∆ni i i i T y Q 1),(lim ηξ且与分割T 与点(ξi ,ηi )的取法无关，则称此极限为函数P(x,y), Q(x,y)沿有向曲线L 上的第二型曲线积分，记作：⎰L dx y x P ),(+Q(x,y)dy 或⎰AB dx y x P ),(+Q(x,y)dy ，也可简写为⎰LPdx +Qdy 或⎰ABPdx +Qdy ，若L 为封闭的有向曲线，则记为⎰LPdx +Qdy.若记F(x,y)=(P(x,y),Q(x,y))，ds=(dx,dy)，则有向量形式：⎰⋅L ds F 或⎰⋅AB ds F . 若L 为空间有向可求长度曲线，P(x,y,z), Q(x,y,z), R(x,y,z)为定义在L 的函数，可类似地定义沿空间有向曲线L 上的第二型曲线积分，并记为：⎰Ldx z y x P ),,(+Q(x,y,z)dy+R(x,y,z)dz 或⎰ABdx z y x P ),,(+Q(x,y,z)dy+R(x,y,z)dz ，也可简写为⎰L Pdx +Qdy+Rdz 或⎰AB Pdx +Qdy+Rdz.当把F(x,y)=(P(x,y),Q(x,y),R(x,y))与ds=(dx,dy,dz)看作三维向量时，有向量形式⎰⋅L ds F 或⎰⋅AB ds F .注：第二型曲线积分与曲线L 的方向有关，对同一曲线，当方向由A 到B 改变由B 到A 时，每一小曲线段的方向都改变，从而所得△x i ,△y i 也随之变号，故有⎰AB Pdx +Qdy= -⎰BA Pdx +Qdy.性质：1、若⎰L i dx P +Q i dy 存在，c i (i=1,2,…,k)为常数，则dx P c L k i i i ⎰∑⎪⎭⎫ ⎝⎛=1+dy Q c k i i i ⎪⎭⎫ ⎝⎛∑=1也存在，且 dx P c L k i i i ⎰∑⎪⎭⎫⎝⎛=1+dy Q c k i i i ⎪⎭⎫⎝⎛∑=1=()dy Q dx P c iLiki i +⎰∑=1.2、若有向曲线L 是由有向曲线L 1,L 2,…,L k 首尾相接而成，且⎰iL Pdx +Qdy(i=1,2,…,k)存在，则⎰LPdx +Qdy 也存在，且⎰LPdx +Qdy =∑⎰=ki L iPdx 1+Qdy.二、第二型曲线积分的计算设平面曲线L:⎩⎨⎧==)()(t y t x ψϕ, t ∈[α,β]，其中φ(t),ψ(t)在[α,β]上具有一阶连续导函数，且点A 与B 的坐标分别为(φ(α),ψ(α))与(φ(β),ψ(β)). 又设P(x,y)与Q(x,y)为定义在L 上的连续函数，则沿L 从A 到B 的第二型曲线积分⎰Ldx y x P ),(+Q(x,y)dy=⎰'+'βαψψϕϕψϕdt t t t Q t t t P )]())(),(()())(),(([.注：1、对沿封闭曲线L 的第二型曲线积分的计算，可在L 上任取一点作为起点，沿L 所指定的方向前进，最后回到这一点.2、设空间有向光滑曲线L 的参量方程为x=x(t), y=y(t), z=z(t), t ∈[α,β]，起点为(x(α),y(α),z(α))，终点为(x(β),y(β),z(β))，则Rdz Qdy Pdx L ++⎰=⎰'+'+'βαdt t z t z t y t x R t y t z t y t x P t x t z t y t x P )]())(),(),(()())(),(),(()())(),(),(([.例1：计算⎰L xydx +(y-x)dy ，其中L 分别沿如图中路线： (1)直线AB ；(2)ACB(抛物线：y=2(x-1)2+1)； (3)ADBA(三角形周界).解：(1)方法一：L:⎩⎨⎧+=+=ty tx 211, t ∈[0,1]，∴⎰L xydx +(y-x)dy=⎰+++10]2)21)(1[(dt t t t =625. 方法二：L: y=2x-1, x ∈[1,2]，∴⎰L xydx +(y-x)dy=⎰-+-21)]1(2)12([dx x x x =625. (2)⎰L xydx +(y-x)dy=⎰+--++-2122)]352)(44()342([dx x x x x x x=⎰-+-2123)12353210(dx x x x =610.(3)⎰L xydx +(y-x)dy=⎰AD xydx +(y-x)dy+⎰DB xydx +(y-x)dy+⎰BA xydx +(y-x)dy. 又⎰AD xydx +(y-x)dy=⎰21xdx =23;⎰DBxydx +(y-x)dy=⎰-31)2(dy y =0;⎰BAxydx +(y-x)dy=-625；∴⎰L xydx +(y-x)dy=23+0-625=-38.例2：计算ydx xdy L +⎰，这里L(如图) (1)沿抛物线y=2x 2, 从O 到B 的一段； (2)沿直线段OB ：y=2x ； (3)沿封闭曲线OABO.解：(1)ydx xdy L +⎰=⎰+1022)24(dx x x =2. (2)ydx xdy L +⎰=⎰+10)22(dx x x =2. (3)ydx xdy OA +⎰=⎰100dx =0;ydx xdy AB+⎰=⎰2dy =2;ydx xdy BO+⎰=-2；∴⎰+L ydx xdy =ydx xdy OA +⎰+ydx xdy AB +⎰+ydx xdy BO +⎰=0+2-2=0.例3：计算第二型曲线积分⎰+-+L dz x dy y x xydx 2)(，L 是螺旋线：x=acost, y=asint, z=bt 从t=0到t=π上的一段. 解：⎰+-+L dzx dy y x xydx 2)(=dt t b a t t t a t t a ⎰+-+-π022223]cos )sin (cos cos cos sin [=⎰⎰⎰-++-πππ222223cos sin cos )1(cos sin tdtt a atdt b a tdt t a=⎰+π022cos )1(tdt b a =21a 2(1+b)π.例4：(如图)求在力F(y,-x,x+y+z)作用下， (1)质点由A 沿螺旋线L 1到B 所作的功. 其中L 1: x=acost, y=asint, z=bt, 0≤t ≤2π； (2)质点由A 沿直线L 2到B 所作的功. 解：(1)W=⎰+++-L dzz y x xdy ydx )(=dt bt t a t a b t a t a ⎰+++--π202222)]sin cos (cos sin [=dt t b t ab t ab a ⎰+++-π2022)sin cos (=-2πa 2+2π2b 2=2π(πb 2-a 2).(2)∵L 2: x=a,y=0,z=bt ，0≤t ≤2π；∴W=⎰+++-L dz z y x xdy ydx )(=dt bt a b ⎰+π20)(=2πb(a+πb)三、两类曲线积分的联系设L 为从A 到B 的有向光滑曲线，它以弧长s 为参数，于是L: ⎩⎨⎧==)()(s y y s x x , 0≤s ≤l ，其中l 为曲线L 的全长，且点A,B 的坐标分别为(x(0),y(0))与(x(l),y(l)). 曲线L 上每一点的切线方向指向弧长增加的一方.现以(),()分别表示切线方向t 与x 轴与y 轴的夹角，则在曲线上的每一点的切线方向余弦为dsdx=cos(),dsdy=cos().若P(x,y), Q(x,y)为曲线L 上的连续函数，则由⎰Ldx y x P ),(+Q(x,y)dy=⎰'+'lds s y s y s x Q s x s y s x P 0)]())(),(()())(),(([得⎰LPdx +Qdy=⎰ls y s x P 0))(),(([cos()+))(),((s y s x Q cos()]ds=⎰L y x P ),([cos()+),(y x Q cos()]ds.最后得到一个根据第一型曲线积分化为定积分的等式. 即两类曲线积分之间的转换公式.注：当⎰L Pdx +Qdy 的方向改变时，⎰Ly x P ),([cos()+),(y x Q cos()]ds 中的夹角与原夹角相差弧度π，从而cos()和cos()也随之变号.因此，一旦方向确定，两类曲线积分之间的转换公式总是成立.习题1、计算第二型曲线积分：(1)⎰-L ydx xdy , 其中L (如图)(i)沿抛物线y=2x 2, 从O 到B 的一段； (ii)沿直线段OB ：y=2x ； (iii)沿封闭曲线OABO.(2)⎰+-L dy dx y a )2(, 其中L 为摆线a(t-sint),y=a(1-cost) (0≤t ≤2π)，沿t 增加方向的一段； (3)⎰++-Lyx ydy xdx 22, 其中L 为圆周x 2+y 2=a 2依逆时针方向； (4)⎰+L xdy ydx sin , 其中L 为y=sinx(0≤x ≤π)与x 轴所围的闭曲线，依顺时针方向；(5)⎰++L zdz ydy xdx , 其中L 为从(1,1,1)到(2,3,4)的直线段. 解：(1)(i)ydx xdy L -⎰=⎰-1022)24(dx x x =32. (ii)⎰-L ydx xdy =⎰-10)22(dx x x =0.(iii)ydx xdy OA -⎰=⎰100dx =0;ydx xdy AB -⎰=⎰20dy =2;ydx xdy BO -⎰=-32； ∴⎰-L ydx xdy =ydx xdy OA -⎰+ydx xdy AB -⎰+ydx xdy BO -⎰=0+2-32=34.(2)⎰+-L dy dx y a )2(=⎰+---π20}sin )cos 1)](cos 1(2[{dt t a t t a a a =dt t a dt t a ⎰⎰+-ππ202022sin )cos 1(=πa 2.(3)由圆的参数方程：x=acost, y=asint, (0≤t ≤2π)得⎰++-L y x ydyxdx 22=⎰+π20222)cos sin sin cos (adt t t a t t a =0. (4)记点A(π,0)则⎰+Lxdy ydx sin =⎰⎰⋂+++OAAOxdyydx xdy ydx sin sin=⎰⎰++000)cos sin (sin ππdx dx x x x =-cosx π0=2.(5)L 的参数方程为：x=t, y=2t-1, z=3t-2, (1≤t ≤2)， ∴⎰++L zdz ydy xdx =⎰-+-+21)6924(dt t t t =⎰-21)814(dt t =13.2、设质点受力作用，力的反方向指向原点，大小与质点离原点的距离成正比. 若由质点与(a,0)沿椭圆移动到(0,b)，求力所作的功. 解：椭圆的参数方程为x=acost, y=bsint, 0≤t ≤2π.F=k ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-+-+222222,y x y y x x y x =(-kx,-ky), k>0. ∴力所作的功W=⎰L Pdx +Qdy=⎰+-L ydy xdx k )(=-k ⎰+-2022)cos sin sin cos (πdt t t b t t a =2k(a 2-b 2).3、设一质点受力作用，力的方向指向原点，大小与质点到xy 平面的距离成反比. 若质点沿直线x=at, y=bt, z=ct(c ≠0)从M(a,b,c)移动到N(2a,2b,2c)，求力所作的功.解：F=zk , k ≠0. 由力的方向指向原点，故其方向余弦为：cos α=r x -, cos β=r y -, cos γ=r z-, 其中r=222z y x ++F 的三个分力为P=-r x z k , Q=-r y z k , P=-rz z k =-r k, ∴力所作的功为W=-dz r kdy rz ky dx rz kx L ++⎰=-k ⎰++++21222222)(dt tc b a ct t c b a =c c b a k 222++'ln2.4、证明曲线积分的估计公式：⎰+ABQdy Pdx ≤LM, 其中L 为AB 的弧长，M=22),(maxQ P ABy x +∈.利用上述不等式估计积分I R =⎰=+++-222222)(R yx y xy x xdyydx ，并证明+∞→R lim I R =0. 证：(1)∵⎰+AB Qdy Pdx =⎰⎪⎭⎫⎝⎛+AB ds dy Q dsdx Pds 且 ds dy Q ds dx P +≤⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+2222)(ds dy ds dx Q P ≤22Q P +，从而 ⎰+ABQdy Pdx ≤⎰+ABdsdyQ ds dx Pds ≤⎰+AB Q P 22ds ≤⎰AB M ds=LM. (2)42222)(max222y xy x y x R y x +++=+=4222)21(R R R -=34R ; 由(1)知222)(y xy x xdyydx ++-≤2πR·34R =28R π.∵|I R |≤28R π→0 (R →+∞), ∴+∞→R lim I R =0.5、计算沿空间曲线的第二型积分：(1)⎰L xyzdz , 其中L 为x 2+y 2+z 2=1与y=z 相交的圆，其方向按曲线依次经过1,2,7,8封限；(2)⎰-+-+-L dz y x dy x z dx z y )()()(222222, 其中L 为球面x 2+y 2+z 2=1在第一卦限部分的边界线，其方向按曲线依次经过xy 平面部分，yz 平面部分和zz 平面部分.解：(1)曲线L 的参数方程为：x=cost, y=z=t sin 22, 0≤t ≤2π，当t 从0增加到2π时，点(x,y,z)依次经过1,2,7,8卦限，于是⎰Lxyzdz =⎰π20224sin cos 2tdt t =162π.(2)(如图)设I=⎰-+-+-L dz y x dy x z dx z y )()()(222222=⎰1L +⎰2L +⎰3L ,其中L 1: ⎪⎩⎪⎨⎧===0sin cos z y x θθ(0≤θ≤2π); L 2: ⎪⎩⎪⎨⎧===ϕϕsin cos 0z y x (0≤φ≤2π); L 3: ⎪⎩⎪⎨⎧===ψψcos 0sin z y x (0≤ψ≤2π); 则⎰-+-+-1)()()(222222L dz y x dy x z dx z y =⎰--2033)cos sin (πθθθd =-32-32=-34.同理⎰2L =⎰3L =-34，∴I=-34-34-34=-4.。

第二十章曲线积分

∃( x0 , y0 ) ∈ L, ∋“∫ f ( x , y ) d s = f (x 0 , y 0 ) ∆L ”
L
，其中 ∆ L 为 L 的弧长．
f ( x, y) d s 证：因为 f ( x, y ) 在光滑曲线 x = x(t ), y = y(t ) ， t ∈ [α , β ] 上连续，所以 ∫ L
存在，且
β
∫
L
f ( x, y )d s = ∫ f ( x (t ), y (t ) ) x ′2 (t ) + y ′2 (t ) d t
α
= f ( x(t0 ), y(t0 ) ) ∫ = f ( x0 , y0 ) ∫
故结论成立．
β α
β α
x′ 2 ( t ) + y ′ 2 ( t ) d t
∫
xy d s
于是当 a = b 时，
π 1 3 3 xy d s = a ∫L ∫ 02 sin θ cosθ d θ = 2 a ．当d s = ab ∫ 2 sin θ cosθ a 2 sin 2 θ + b2 cos2 θ d θ
0
=
π 1 ab ∫ 2 ( a 2 − b 2 )sin 2 θ + b 2 d(sin 2 θ ) 0 2 π 2
1
y
x
−1
O
1
于是
∫
L
y ds = ∫
2π 0
sin θ
sin 2 θ + cos 2 θ d θ
−1
=4．
(5)
∫
L
( x2 + y 2 + z 2 ) d s
，其中
z B (a , 0, 2π b )

大一高数曲线积分知识点总结

大一高数曲线积分知识点总结曲线积分是高等数学中的重要概念，它在物理学、工程学等应用领域中具有广泛的应用。

本文将对大一高数曲线积分的相关知识点进行总结和归纳，以帮助读者更好地理解和应用这一概念。

1. 曲线积分的概念曲线积分是将曲线上的函数与弧长进行运算的过程，可以理解为对曲线上各点的函数值进行加权求和。

在坐标系中，曲线可用参数方程或者显式方程表示。

曲线积分表示为∫f(x,y)ds，其中f(x,y)是被积函数，ds是弧长微元。

2. 第一类曲线积分第一类曲线积分是指曲线上某一位矢量场沿曲线弧段的积分。

设曲线的参数方程为r(t)=(x(t), y(t))，矢量场为F(x,y)=(P(x,y),Q(x,y))，则第一类曲线积分表示为∫F(x,y)·dr。

3. 第二类曲线积分第二类曲线积分是指曲线在向量场F作用下，质点在曲线上运动过程中的功。

设曲线的参数方程为r(t)=(x(t), y(t))，向量场F=(P(x,y), Q(x,y))，则第二类曲线积分表示为∫F(x,y)·ds。

4. 参数化与曲线的选择曲线积分的参数化可以是多种形式，常用的有直角坐标、极坐标和参数方程。

在实际应用中，合适的曲线参数化对于计算曲线积分有着重要的影响。

合理选择曲线参数化形式可以简化计算，提高效率。

5. 曲线积分的计算方法曲线积分的计算可以通过参数化曲线，然后对曲线上各点的函数值进行加权求和来实现。

对于第一类曲线积分，计算时需要将矢量场F沿曲线弧段进行分解，并计算其对应的微分。

对于第二类曲线积分，计算时需要对力场F在曲线上的切向分量进行积分。

6. 曲线积分的性质曲线积分具有一些重要的性质，包括线性性、可加性和保号性。

线性性指曲线积分对函数和常数的线性运算。

可加性指曲线积分在不同曲线段上的积分可以进行累加。

保号性指被积函数与弧长的乘积始终大于等于零。

7. 曲线积分的应用曲线积分在物理学、工程学等应用领域中有广泛的应用。

第二十章曲线积分

第二十章曲线积分

G202第二型曲线积分

第一型曲线积分

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曲线曲面积分总结

高教版数学分析第4版课件20-2

第二十章 曲线积分

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