第二类曲线积分计算问题

关于第二型曲线积分的对称性问题,求解? - 知乎3被浏览<strong class="NumberBoard-itemValue" title="分享邀请回答34 条评论分享收藏感谢收起高等数学第二类曲线积分问题_百度知道
高等数学第二类曲线积分问题
题目如图,请问直接用y=(a&#178;-x&#178;)&#189;,y=-(a&#178;-x&#178;)&#189;,带入计算的时候要如何计算,请赐解题过程,以及X取值范围如何确定,图要倒90度来看,望高手解答,满意的给予加分!!谢谢!
难道没人知道吗 啊啊 救命啊,高手救命救命啊
我的意思是用y=(a2-x2)?,y=-(a2-x2)? 这样直接正常带入的话要如何计算呢?
采纳率:55%
x的范围自然是在-a与a之间,但是-a到a还是a到-a?不好判断。像这种曲线是由平面截一个曲面得到的情形,一般考虑把曲线投影到坐标面,投影曲线作为平面曲线,如圆、椭圆、双曲线等,可以得到参数方程,再代入平面方程,求出另一个变量的表示式。本题:曲线投影到yoz面,得y^2/a^2+(z-b)^2/b^2=1,用椭圆的参数方程得y=acost,z=b+bsint。因为方向是x轴正向看是逆时针,则椭圆作为yoz平面坐标系的曲线的方向就是逆时针,所以t从0到2π。把z代入平面方程,x=-asint
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曲线积分与路径无关问题:,其线密度为求弧的质量。
(2)若,则=,即对弧长的曲线积分与积分弧段有关,但与积分弧段的方向无关。
(3)对弧长的曲线积分的计算
设在曲线弧上有定义且连续,的参数方程为 ,,其中、在上具有一阶连续导数,且,则曲线积分存在,且
特别,当时, 表示曲线弧的弧长。
当曲线弧的方程为 ,在上有连续的导数,则=;
把线弧的方程为化作参数方程,,
2. 第二型曲线积分
(1) 第二型曲线积分的模型: 设有一平面力场,其中为连续函数,一质点在此力场的力作用下,由点沿光滑曲线运动到点,求力场的力所作的功。
(2)设为有向曲线弧,为与方向相反的有向曲线弧,则
即第二型曲线积分方向无关
(3)设平面上的有向曲线的参数方程为 ,当参数单调地由变到时,曲线的点由起点运动到终点,、在以及为端点的闭区间上具有一阶连续导数,且,函数、在上连续,则曲线积分存在,且
这里的是曲线的起点所对应的参数值,是曲线的终点所对应的参数值,并不要求。
若曲线的方程为对应于的起点,应于的终点,则
若曲线的方程为对应于的起点,应于的终点,则
同样,以上并不要求,。
公式可推广到空间曲线上对坐标的曲线积分的情形,
若空间曲线的参数方程为,则
=这里下限为曲线的起点所对应的参数值,上限为曲线的终点所对应的参数值。
例1 计算,其中
(1)为抛物线上从点到点的一段弧。
(2)为从到点的直线段.
解法1 (1)由知不是的单值函数,因此不能运用公式(2),但可运用公式(3),这里,从变到,于是
解法2 当把曲线分成与两部分时,在每一部分上都是的单值函数。在上,由变到;在上,,由变到。于是
(2) 直线的方程为,,从到,于是
从这个例子可以看出, 对坐标的曲线积分沿不同的路径,曲线积分不一定相等.
3. 格林公式及其应用
格林公式: 设平面闭区域D由分段光滑的曲线围成,函数及在上具有一阶连续偏导数,则
其中是的正向边界曲线。
在公式(1)中取,可得,
上式左端为闭区域的面积的两倍,因此计算有界闭区域的面积的公式为:
例2 计算星形线所围图形的面积.
解 由公式(2)得
例3 在过点O(0,0)和A(π,0)的曲线族中,求一条曲线C,使沿该曲 线从O到A的线积分的值最小。
解 本题可用代入法直接求解,这里采用“补线法”用格林公是求解。
令,即AO直线段。
用一元函数极值的方法得时达到最小值。
4. 平面曲线积分与路径无关的条件
从定义我们知道,曲线积分的值与被积函数与积分的路径有关,但也有特殊情形,如重力对物体作的功只与起点、终点位置有关,与物体移动的路径无关;
定义:(曲线积分与路径无关问题)设是平面上的一个开区域,以及在内具有一阶阶连续偏导数.如果对内任意两点与,以及内从点到点的任意两条曲线、,恒有=,则称曲线积分在内与路径无关。
定理:以下条件等价
在区域内曲线积分与路径无关的充分;
内沿任一闭曲线的积分为零;
设开区域是一个单连通域,函数以及在内具有一阶连续偏导数且在内恒成立;
为全微分.
例3 计算,其中是从点经圆周
上半部到点的弧段。
解 直接计算曲线积分比较难,先判断是否与积分路径无关.
有=,且与在全平面上有一阶连续偏导数.
因此这个曲线积分与路径无关.为便于计算,取直线段作为积分路径.于是
例4 计算,其中为:
(1)任一简单闭曲线,该闭曲线包围的区域不含有原点;
(2)以原点为圆心的任一圆周.
,且与在不含原点的任意一个区域内具有一阶连续偏导数.
(1) 这个曲线积分与路径无关,所以
(2)由这一圆周所包围折区域内含有原点,因此不满足定理(3)及格林公式的条件,只能直接计算.这一圆周的参数方程为,,
例5设函数具有连续导数,在围绕原点的任意分段光滑简单闭曲线L上,曲线积分的值恒为同一常数.
(I)证明:对右半平面x&0内的任意分段光滑简单闭曲线C,有;
(II)求函数的表达式.
【分析】 证明(I)的关键是如何将封闭曲线C与围绕原点的任意分段光滑简单闭曲线相联系,这可利用曲线积分的可加性将C进行分解讨论;而(II)中求的表达式,显然应用积分与路径无关即可.
【详解】 (I)
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z+1有限,且 SSdxdy=0 (S表示积分号),根据微分中值定理,SS(z+1)dxdy=(z0+1)SSdxdy,而SSdxdy=0.
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