曲线积分

Curve integral

一、第一类曲线积分(对弧长的曲线积分)

Line Integral with Respect to Arc Length
对弧长的曲线积分,标量场

曲线形构件的质量,利用弧微分转换为定积分的计算

基本定义

Lf(x,y)ds=limλ0i=1nf(ξi,ηi)Δsi

L 为积分弧段

实际计算

{x=φ(t)(αtβ)y=ψ(t)Lf(x,y)ds=αβf[φ(t),ψ(t)]φ2(t)+ψ2(t)dty=ψ(x)(x0xX)Lf(x,y)ds=x0Xf[x,ψ(x)]1+ψ2(x)dxx=φ(y)(y0yY)Lf(x,y)ds=y0Yf[φ(y),y]1+φ2(y)dy
  1. 确定积分曲线的表达式
  2. 确定积分变量,以及积分变量的取值范围
  3. 被积函数换元,并确定弧微分 ds

二、第二类曲线积分(对坐标的曲线积分)

Line Integral with Respect to the Coordinate
第二类曲线积分 向量场

变力沿曲线所作的功

基本定义

LP(x,y)dx=limλ0i=1nP(ξi,ηi)ΔxiLQ(x,y)dy=limλ0i=1nQ(ξi,ηi)Δyi

实际计算

转化为定积分进行计算

  1. 换元
  2. 确定积分限
  3. 换积分变量:利用弧微分

二维情形: x=φ(t),y=ψ(t)

LF(x,y)dr=LP(x,y)dx+Q(x,y)dy=αβ{P[φ(t),ψ(t)]φ(t)+Q[φ(t),ψ(t)]ψ(t)}dt

三维情形:x=φ(t),y=ψ(t),z=ω(t)

ΓA(x,y,z)dr=ΓP(x,y,z)dx+Q(x,y,z)dy+R(x,y,z)dz=αβ{P[φ(t),ψ(t),ω(t)]φ(t)+Q[φ(t),ψ(t),ω(t)]ψ(t)+R[φ(t),ψ(t),ω(t)]ω(t)}dt

三、两类曲线积分之间的联系

LAdr=LAτdsLPdx+Qdy=L(Pcosα+Qcosβ)dsLPdx+Qdy+Rdz=L(Pcosα+Qcosβ+Rcosγ)ds