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9.1第一第二曲线积分

#数学#高等数学#积分

第一曲线积分

定义

曲线 LL 上每点有密度 f(x,y)f(x,y),把曲线切成 nn 小段,每段长 Δsi\Delta s_i:

∫Lf(x,y) ds=lim⁡max⁡Δsi→0∑f(ξi,ηi) Δsi\int_L f(x,y)\,ds = \lim_{\max\Delta s_i \to 0} \sum f(\xi_i,\eta_i)\,\Delta s_i

File-第一第二曲线积分-2620260529

计算

参数方程 x=x(t), y=y(t), t∈[α,β]x=x(t),\ y=y(t),\ t \in [\alpha,\beta]:

∫Lf(x,y) ds=∫αβf(x(t),y(t))⋅[x′(t)]2+[y′(t)]2 dt\int_L f(x,y)\,ds = \int_\alpha^\beta f(x(t),y(t)) \cdot \sqrt{[x'(t)]^2 + [y'(t)]^2}\,dt

💡 tt 上限 β\beta 必须 ≥ α\alpha,因为弧长没有负数。

第二曲线积分

定义

向量场 F⃗=(P(x,y),Q(x,y))\vec{F} = (P(x,y), Q(x,y)),沿有向曲线 LL:

∫LF⃗⋅dr⃗=∫LP dx+Q dy\int_L \vec{F} \cdot d\vec{r} = \int_L P\,dx + Q\,dy

其中 dr⃗=(dx,dy)d\vec{r} = (dx, dy),是曲线的方向微元。 物理意义:力 F⃗\vec{F} 沿路径 LL 做的功。

File-第一第二曲线积分-2620260529-1

计算

参数方程 x=x(t), y=y(t)x=x(t),\ y=y(t),tt 从 α\alpha 到 β\beta:

∫LP dx+Q dy=∫αβ[P⋅dxdt+Q⋅dydt]dt\int_L P\,dx + Q\,dy = \int_\alpha^\beta \left[ P\cdot\frac{dx}{dt} + Q\cdot\frac{dy}{dt} \right] dt

⚠️ 这次 α\alpha 对应起点,β\beta 对应终点,方向必须匹配。反向 = 加负号。


第一第二曲线积分的关系

第一型(对弧长)第二型(对坐标)
积的是什么标量函数 f(x,y)f(x,y)向量场 F⃗=(P,Q)\vec{F} = (P,Q)
物理原型曲线质量(有线密度)力做功
有没有方向无方向有方向(反向变号)
记号∫Lf ds\int_L f\,ds∫LPdx+Qdy\int_L Pdx + Qdy

若 F⃗\vec{F} 沿 LL 的切向量方向为 T⃗\vec{T},则:

∫LPdx+Qdy=∫LF⃗⋅T⃗ ds=∫L(Pcos⁡α+Qcos⁡β) ds\int_L Pdx + Qdy = \int_L \vec{F} \cdot \vec{T}\,ds = \int_L (P\cos\alpha + Q\cos\beta)\,ds

其中 (cos⁡α,cos⁡β)(\cos\alpha, \cos\beta) 是曲线切向量的方向余弦。第二型本质上就是第一型在切向上的投影。

书签