曲線積分與曲面積分(前篇 曲線積分-坐標曲線積分-格林公式)


 

 

曲線積分,曲面積分分別有七個小節。

1 對弧長的曲線積分

2 對坐標的曲線積分

3 格林公式及其應用

4 對面積的曲面積分

5 對坐標的曲面積分

6 高斯公式

7 斯托克斯公式

然而今天看了斯托克斯公式,明白了其用法。昨天看了對坐標的曲面積分。明白了是怎么回事。

之前對弧長,坐標的曲線積分。做過相關的題也知道是怎么回事。然后格林公式還自己推導過。只是這些都忘記了。

說明了一件事,寫博客太重要了,應該好好寫。回顧過去,要是當年學PHP 和 JAVA時寫好博客,要是當年學操作系統,IOS時也寫好博客。

那現在的積累肯定是巨大的。也不用擔心工作,和GPA, 和出國的問題。唉!!!這讓我想起了,SCOTT YOUNG說過的一句話。只有在教別人的時候,

人們的理解水平,實踐能力才達到最高的效率。寫博客和GITHUB也一樣,就是自己來教過去的自己,教未來的自己。也教所有其他在網絡世界中尋找知識的游客。

 

 

廢話不多說,說說,一道題。

題1若質點在變力F,作用下,沿着螺旋線T:x=2cost,y=2sint,z=t.從點M(2,0,0)出發。到點N(-2,0,PI),變力所做的功是多少?

這是一道曲線積分題,同時也是一道,看起來是第二種曲線積分,實際上是第一種曲線積分的題。

矢量和常量

因為,如果是對弧長的曲線積分的話,物理意義是曲線f(x,y)是密度,ds是一小段長度,算質量。其中,小段長度和密度都是沒有方向的量。

計算方法,就是將曲線函數化成參數方程:

證明方法先不提。而做功不同,力是有方向的矢量,位移也是。就是在點x,y存在多個被積函數( P(x,y) , Q(x,y) , R(x,y) ...)這就是有方向和沒有方向的區別。

第二種曲線積分是兩個矢量的相乘,第一種是兩個常量的相乘。性質滿足線性,可加性,反向性:

計算方法:證明方法先不提。

但是上述的題目,所寫出的公式,最后沒有Q,沒有R,只有P。如果把它改成 P,Q,R模式就滿足第二種曲線積分。

現在找找一些題來看看。

題2

 另外這里要注意,靈活運用cosx^2 - sinx^2 =cos2x

題3

這個解題過程有點亂,就是中間有一部分是不需要的。

 

題4

這個解題過程中有一個錯的地方,就是F,力向量我是寫錯方向的。因為指向原點所以本該是X,Y都

帶負號。

 

 

如何把做題的內容上傳呢?打字是不行的。還是寫好拍照上傳到微信截圖。

格林公式又是怎么回事,格林公式說明了一件事。平面閉區域D上的積分,和它邊界線的曲線積分有關。

相當於,萊布尼茲的公式的平面版本:

這是公式的平面版,哈哈看起來和原版有些不同。證明先不說。

1 一般是先通過右式得到P,Q函數,然后求偏導得到左式的二重積分。

2 或者是知道左式,然后令P等於0然后,得知右式。然后去計算。

3 或者是求其證明過程。這是證明過程的一個副產品。

 

題5

在做題的過程中,把公式寫錯了。導致后面所有的錯誤,切記右邊是,q對x求偏導-p對y求偏導.

 

題6

做題的時候,把原式轉換成一個曲線積分后,就無法再繼續下去了。其實還可以繼續。

分成多段曲線積分,發現其中兩段為0,實際只需要求一段,根據那一段線的公式,

可以把x,y都用一個變量替換后,來求。

題7

這個求得正確,還不錯。先把要用的格林面積公式推導寫出來,是有用的。

 題8

 

這里就是多元化函數偏導數求錯了,p對y的偏導求錯,q對x偏導數求錯。實際上,

這樣,相等的話后面就很容易得出答案了。這樣才是對的,我的偏導數求錯了。后面導致了錯誤。

但是實際上還可以考慮,經過原點的情況。很難懂,估計要問問人。

 

還有尋找並且證明曲線積分與路徑無關的條件

那么首先得思考清楚,什么是路徑無關。

這就是路徑無關,要證明路徑無關,非常容易。把右邊的式子移動到左邊,下標則變成了逆向l2.

於是整個左邊的式子就變成了,封閉曲線的積分,利用格林公式,把封閉曲線積分,轉換成對曲面的

積分,於是得到:(不過這是證明了條件充分性,即路徑無關可以推出該3-5公式)

那要證明,條件的必要性,就讓3-5推導出路徑無關,這里可以用反證法,先讓p對y偏導數-q對x偏導數不等於0。

 

當然還有全微分的問題。

定理2

 

證明就先不說了。

推論2

這個證明也就先不說了。

先搞兩道題做一做,感悟一下,這定理和推論。

 

很明顯,求復合偏導數,還是相當容易出錯的,特別是符號。

然后不知道如何得到u是個問題。我從定理2證明過程中,證明必要性的過程中。

知道了u是可以用兩條直線的積分去求。

但是為什么ab直線的積分為0,bc直線積分是這個。為甚么x0=1 y0=0?

 我知道ab為何為0,因為此時y的范圍(0,0),所以不存在dy,dy=0

二bc直線的積分需要知道1/a^2+x^2的積分是啥,我不知道,所以是積分的基礎不行。

至於從(1,0)開始可能是方便計算,因為不能從 (0,0)開始呀。

 


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