曲线积分

简介: 曲线积分

正文


曲线积分可以分为两类:

  1. 对弧长的曲线积分
  2. 对坐标的曲线积分

我们分别介绍


对弧长的曲线积分


对弧长曲线积分的现实(物理)含义:弧长 × 物理量 = 对弧长曲线积分值;

举例说明:

  • 计算曲型物体质量:弧长 × 线密度 = 曲型物体质量


对弧长曲线积分的定义式:


000.png

其中 f(x,y)叫做被积函数; L叫做积分弧段,即被积分的弧长区域


对弧长的曲线积分的计算法:


将弧L转换为参数方程形式:

00.png

带入定义式可得:

0.png


需要注意的是:在对弧长的曲线积分中, 积分下限一定要小于积分上限


对坐标的曲线积分


对坐标曲线积分的现实(物理)含义:弧长 × 矢量 = 对坐标曲线积分值;

举例说明:


力沿弧形路径前进所做的功:路径弧长 × 力 = 对坐标积分值

由对坐标曲线积分的物理含义可以看出,因为这个曲线积分是对矢量的积分,通常情况下需要借助坐标系来把矢量分解为xx、yy两个方向,所以叫做对坐标的曲线积分。


对坐标曲线积分的定义式:


1.png


对坐标曲线积分的计算法:


①将弧L转换为参数方程形式

2.png

当参数tt单调地由α变到β时,力的作用点由起点逐渐变到终点

将参数方程带入定义式可得:

3.png

②若给出L的参数方程为y=ϕ(x)x=ζ(y)

例如:

1、当给出y=ϕ(x)则有:

4.png

其中下限 a表示L的起点对应的 xx坐标,上限b表示 L的终点对应的xx坐标

2、当给出 x=ϕ(y)则有

5.png

其中下限 cc表示LL的起点对应的 yy坐标,上限dd表示 LL的终点对应的yy坐标

要注意的是:在对坐标的曲线积分中,积分下限对应的是L的起点的x/y坐标,积分上限对应的是L的终点的x/y坐标


两类曲线积分之间的联系


在平面曲线弧L上,两类曲线积分有如下关系:


6.png

cosαcosβ为有向弧L在点(ϕ(t),ζ(t)),(x,y)上的切向量分别对xy方向上的方向余弦

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