第二类曲线积分的计算55358
第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算定义设),(y x P ,),(y x Q 为定义在光滑或分段光滑平面有向曲线AB L 上的函数,对AB L 任一分割T ,它把AB L 分成n 个小弧段i i M M 1-),,2,1(n i Λ=;其中A =n M B M =,0.记各个小弧段i i M M 1-弧长为i s ∆,分割T 的细度为}{max 1i ni S T ∆=≤≤,又设T 的分点的坐标为),(i i i y x M ,并记11,---=∆-=∆i i i i i i y y y x x x ,),,2,1(n i Λ= .AB L 上⎰LP ( ⎰Ls d ϖ.(2) (x P L⎰+=AB Qdy Pdx W .第二类曲线积分的鲜明特征是曲线的方向性 . 对二类曲线积分有⎰⎰-=BAAB,定积分是第二类曲线积分中当曲线为x 轴上的线段时的特例.可类似地考虑空间力场()),,( , ),,( , ),,(),,(z y x R z y x Q z y x P z y x F =沿空间曲线AB L 所作的功. 为空间曲线AB L 上的第二类曲线积分⎰++ABdz z y x R dy z y x Q dx z y x P ),,(),,(),,(.与第一类曲线积分的区别首先要弄清楚两类积分的定义,简单地说,第一类曲线积分就是 第二类曲线积分就是1(,)(,)lim (,)(,)niiiiiili P x y dx Q x y dy P x Q y λξηξη→=+=∆+∆∑⎰ (1)这两种曲线积分的主要区别就在于,第一型曲线积分的积分中是乘的?s i ,?s i 是一小段弧的i =x i −x i−1x i 与?y i dt ,这B ,即t B 。
1、设曲线L:f (x,y )=1,f(x,y)具有一阶连续偏导数,过第二象限内的点M 和第四象限内的点N ,Γ为L 上从点M 到点N 的一段弧,则下列小于零的选项是 (A)∫f (x,y )dx Γ (B)∫f (x,y )dy Γ (C)∫f (x,y )ds Γ (D)∫f x ′(x,y )dx Γ+f y ′(x,y )dy(2007,数一,4分)【解析】设点M,N的坐标分别为M(x1,y1),N(x2,y2),则有题设可知∫f(x,y)dx Γ=∫dxΓ=x2−x1>0∫f(x,y)dy Γ=∫dyΓ=y2−y1<02、(π,0)的9分)π3、设L是柱面x2+y2=1与平面z=x+y的交线,从z轴正方向往z轴负方向看去为逆时针方向,则曲线积分∮xzdx+xdy+y 22dz=L(2011,数一,4分) 【解析】采用斯托克斯公式直接计算∮xzdx+xdy+y22dz=L∬ydydz+xdzdx+dxdyz=x+y=∬(1−x−y)dxdy=∫dθ∫(1−rcosθ−rsinθ)rdr=π12πx2+y2≤14、已知L是第一象限中从点(0,0)沿圆周x2+y2=2x到点(2,0),再沿圆周x2+y2=4到点(0,2)的曲线段,计算曲线积分I=∫3x2ydx+(x3+x−2y)dyL(2012,数一,10分)−45I=10分) I=−√2∫sin2θdθ=√2π−2π2。
第二类曲线积分的定义

第二类曲线积分的定义
第二类曲线积分是在曲线上积分一个向量场的形式。
假设C 是一条可求长的曲线段,参数化为r(t),其中a≤t≤b,向量场为F(x,y,z)。
第二类曲线积分的定义是:
∫CF·ds = ∫bF(r(t))·r'(t)dt
其中,F(r(t))表示在曲线上某点处的向量场的值,r'(t)表示曲线在该点处的切向量,而dt表示线元。
这个公式意味着,将向量场F(r(t))与曲线段的切向量r'(t)的点积相乘,再对整个曲线段进行积分。
这个积分给出了曲线上向量场F的沿曲线方向的累积效果。
第二类曲线积分也可以用不同的参数化来表示,即使用不同的参数t'来代替t,只要满足r(t') = r(t)。
这是因为积分路径不依赖于参数的选择。
需要注意的是,第二类曲线积分可能与参数化有关,即与路径有关。
两个参数化得到的曲线积分可能不同,因为曲线方向和切向量的方向可能不同。
考研数学第二类曲线积分的计算

2019考研数学:第二类曲线积分的计算来源:文都教育曲线曲面积分的计算是高等数学中非常重要的一部分知识,在考研数学一中每年都会考查。
下面,文都教育的数学老师给2019考研的同学们总结一下一些考研数学经常用到的计算第二类曲线积分的基本方法,希望对同学们有些帮助。
(一)直接法(1)设有光滑曲线L:):(,)()(βα→⎩⎨⎧==t t y y t x x ,其起点和终点分别对应参数βα==t t ,,),(),,(y x Q y x P 在L 上连续,则dtt y t y t x Q t x t y t x P Qdy Pdx L⎰⎰+=+βα)]('))(),(()('))(),(([这里的βα,谁大谁小无关紧要,关键是要和起点和终点分别对应。
(二)格林公式法设闭区域D 是分段光滑的曲线L 围成,函数),(),,(y x Q y x P 在D 上具有一阶连续偏导数,则有dxdy y P x Q Qdy Pdx D L ⎰⎰⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂=+,D 其中L 为D 取正向的边界曲线(所谓正向就是当沿曲线正向行走时,区域在左手边)。
但是考研数学中涉及到格林公式时,一般不能直接使用,是因为命题人会故意破坏格林公式的使用条件:L 不是封闭曲线,也就没有有界闭区域;虽然有有界闭区域,但),(),,(y x Q y x P 在D 上没有一阶连续偏导数。
这就要求同学们要学会使用“补线法”,补上一条或多条曲线,使得封闭出满足格林公式使用条件的有界闭区域。
(三)利用线积分与路径无关 1. 理论依据:定理:设函数),(),,(y x Q y x P 在单连通区域D 上有一阶连续偏导数,则以下四条等价:(1) ⎰+L Qdy Pdx 与路径无关;(2)0=+⎰L Qdy Pdx ,其中L 为D 中任一分段光滑闭曲线; (3)yPx Q ∂∂=∂∂ (4)),(),(),(y x dF dy y x Q dx y x P =+ 2. 计算(1)改变积分路径:一般是沿平行于坐标轴的直线积分,⎰⎰⎰+=+21212211),(),(),(),(21),(),(x x y y y x y x dy y x Q dx y x P dy y x Q dx y x P 或⎰⎰⎰+=+21212211),(),(),(),(21),(),(x x y y y x y x dx y x P dy y x Q dy y x Q dx y x P 。
第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算定义设),(y x P ,),(y x Q 为定义在光滑或分段光滑平面有向曲线AB L 上的函数,对AB L 任一分割T ,它把AB L 分成n 个小弧段i i M M 1-),,2,1(n i =;其中A =n M B M =,0.记各个小弧段i i M M 1-弧长为i s ∆,分割T 的细度为}{max 1i ni S T ∆=≤≤,又设T 的分点的坐标为),(i i i y x M ,并记11,---=∆-=∆i i i i i i y y y x x x ,),,2,1(n i = .在每个小弧段i i M M 1-上任取一点()i i ηξ,,若极限∑=→∆ni iiiT xP 1),(limηξ∑=→∆+ni iiiT yQ 1),(limηξ存在且与分割T 与点()i i ηξ,的取法无关,则称此极限为函数),(y x P ,),(y x Q 在有向线段AB L 上的第二类曲线积分,记为⎰+Ldy y x Q dx y x P ),(),(或 ⎰+ABdy y x Q dx y x P ),(),(也可记作⎰⎰+LLdy y x Q dx y x P ),(),( 或⎰⎰+ABABdy y x Q dx y x P ),(),(注:(1) 若记()y x F , =()),(),,(y x Q y x P ,()dy dx s d ,=则上述记号可写成向量形式:⎰⋅Ls d F .(2) 倘若L 为光滑或分段光滑的空间有向连续曲线,),,(z y x P ,),,(z y x Q ,),,(z y x R 为定义在L 上的函数,则可按上述办法定义沿空间有向曲线L 的第二类曲线积分,并记为dz z y x R dy z y x Q dx z y x P L),,(),,(),,(++⎰按照这一定义 , 有力场()),( , ),(),(y x Q y x P y x F =沿平面曲线L 从点A 到点B 所作的功为⎰+=AB Qdy Pdx W .第二类曲线积分的鲜明特征是曲线的方向性 .对二类曲线积分有 ⎰⎰-=BAAB,定积分是第二类曲线积分中当曲线为x 轴上的线段时的特例.可类似地考虑空间力场()),,( , ),,( , ),,(),,(z y x R z y x Q z y x P z y x F =沿空间曲线AB L 所作的功. 为空间曲线AB L 上的第二类曲线积分⎰++ABdz z y x R dy z y x Q dx z y x P ),,(),,(),,(.与第一类曲线积分的区别首先要弄清楚两类积分的定义,简单地说,第一类曲线积分就是第二类曲线积分就是(1)这两种曲线积分的主要区别就在于,第一型曲线积分的积分中是乘的∆s i ,∆s i 是一小段弧的弧长,∆s i 总是正值;而第二类曲线积分和积分和中是乘的一段弧的x,y 坐标的增量∆x i =x i −x i−1,∆y i =y i −y i−1,∆x i 与∆y i 是可正可负的。
第二型曲线积分公式

第二型曲线积分公式第二型曲线积分1. 引言在微积分中,曲线积分是一个重要的概念,它有两种类型,第一型曲线积分和第二型曲线积分。
本文将重点介绍第二型曲线积分,并列举相关公式和举例解释说明。
2. 第二型曲线积分的定义第二型曲线积分,也称为向量场的曲线积分,是指将一个向量场沿着一条曲线进行积分。
其中,曲线可以是一维曲线、二维曲线或者高维曲线。
3. 第二型曲线积分的公式参数方程表示若曲线C 可由参数方程表示为:{x =x (t )y =y (t )那么向量场F(x, y)在曲线C 上的第二型曲线积分定义为:∫F C (x,y )⋅dr =∫F ba (x (t ),y (t ))⋅(x′(t ),y′(t )) dt曲线的标量方程表示若曲线C 可由标量方程表示为:F:z =f (x,y ) 或 F:y =g (x )那么向量场F(x, y)在曲线C 上的第二型曲线积分定义为:∫F C (x,y )⋅dr =∫F ba (x (t ),y (t ))⋅(x′(t ),y′(t )) dt4. 第二型曲线积分的应用举例计算质量的重心假设一直线段在平面上由参数方程表示为:{x =3t y =2t一质量分布在该直线段上,其每一点的密度为1。
要计算该质量的重心位置,可以使用第二型曲线积分公式。
我们可以定义向量场F(x, y)为:{F(x,y )=(x,y )根据第二型曲线积分的公式,重心的位置可以通过计算如下曲线积分得到:∫F C (x,y )⋅dr =∫(3t,2t )10⋅(3,2) dt =∫(9t +4t )10 dt =∫1310t dt =132因此,质量的重心位置为(32,1)。
计算流体流速假设存在一个二维的流体流场,在平面上由矢量函数表示为:F(x,y)=(x2,xy)要计算流体在一条曲线C上的流速,可以使用第二型曲线积分公式。
假设曲线C为曲线y=x2从点(0,0)到点(1,1)的一段。
根据第二型曲线积分的公式,流速可以通过计算如下曲线积分得到:∫F C (x,y)⋅dr=∫(t2,t3)1⋅(1,2t) dt=∫(t2+2t4)1 dt=56因此,流体在曲线C上的流速为56。
第二类曲线积分的计算方法

第二类曲线积分的计算方法曲线积分是微积分中的一个重要概念,它是对曲线上某个向量场的积分。
曲线积分分为第一类和第二类曲线积分,其中第二类曲线积分是指对曲线上的标量场进行积分。
本文将介绍第二类曲线积分的计算方法。
第二类曲线积分的定义设曲线C是一个光滑曲线,f(x,y,z)是定义在C上的连续函数,则曲线积分的定义为:∫Cf(x,y,z)ds其中,ds表示曲线C上的弧长元素,即ds=√(dx^2+dy^2+dz^2)。
第二类曲线积分的计算方法第二类曲线积分的计算方法有两种,一种是参数化计算法,另一种是向量场计算法。
1. 参数化计算法参数化计算法是指将曲线C表示为参数方程形式,然后将曲线积分转化为对参数t的积分。
具体步骤如下:(1)将曲线C表示为参数方程形式:x=x(t),y=y(t),z=z(t),a≤t≤b(2)计算ds:ds=√(dx^2+dy^2+dz^2)=√(x'(t)^2+y'(t)^2+z'(t)^2)dt(3)将f(x,y,z)表示为f(x(t),y(t),z(t)),然后将曲线积分转化为对参数t的积分:∫Cf(x,y,z)ds=∫bf(x(t),y(t),z(t))√(x'(t)^2+y'(t)^2+z'(t)^2)dt2. 向量场计算法向量场计算法是指将曲线C上的标量场f(x,y,z)转化为向量场F(x,y,z)=(f(x,y,z),0,0),然后计算向量场F(x,y,z)沿曲线C的线积分。
具体步骤如下:(1)将曲线C表示为参数方程形式:x=x(t),y=y(t),z=z(t),a≤t≤b(2)计算曲线C的切向量T(t):T(t)=(x'(t),y'(t),z'(t))(3)计算向量场F(x,y,z)在曲线C上的投影:F(x(t),y(t),z(t))·T(t)=f(x(t),y(t),z(t))x'(t)(4)计算向量场F(x,y,z)沿曲线C的线积分:∫CF(x,y,z)·ds=∫bF(x(t),y(t),z(t))·T(t)ds=∫bf(x(t),y(t),z(t))x'(t)dt两种方法的比较参数化计算法和向量场计算法都可以用来计算第二类曲线积分,但是它们的适用范围不同。
第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分得计算定义设,为定义在光滑或分段光滑平面有向曲线上得函数,对任一分割,它把分成个小弧段;其中=、记各个小弧段弧长为,分割得细度为,又设得分点得坐标为,并记, 、在每个小弧段上任取一点,若极限存在且与分割与点得取法无关,则称此极限为函数,在有向线段上得第二类曲线积分,记为或也可记作或注:(1) 若记=,则上述记号可写成向量形式:、(2) 倘若为光滑或分段光滑得空间有向连续曲线,,,为定义在上得函数,则可按上述办法定义沿空间有向曲线得第二类曲线积分,并记为按照这一定义, 有力场沿平面曲线从点到点所作得功为、第二类曲线积分得鲜明特征就是曲线得方向性、对二类曲线积分有,定积分就是第二类曲线积分中当曲线为轴上得线段时得特例、可类似地考虑空间力场沿空间曲线所作得功、为空间曲线上得第二类曲线积分、与第一类曲线积分得区别首先要弄清楚两类积分得定义,简单地说,第一类曲线积分就就是第二类曲线积分就就是(1)这两种曲线积分得主要区别就在于,第一型曲线积分得积分中就是乘得,就是一小段弧得弧长,总就是正值;而第二类曲线积分与积分与中就是乘得一段弧得坐标得增量,,与就是可正可负得。
当积分得路径反向时,不变,而与反号,因此第一类曲线积分不变而第二类曲线积分反号,在这一性质上,第二类曲线积分与定积分就是一样得。
计算曲线积分得基本方法就是利用得参数方程将其转化成定积分,但两类曲线积分有些不同。
设曲线得参数方程为则第一类曲线积分得计算公式为这里要注意,即对t得定积分中,下限比上限小时才有,也就有,这样才有上述计算公式。
这个问题在计算中也要特别注意。
沿曲线上得点由A 变到B,即t得下限对应曲线积分得起点A,她得上限对应曲线积分得起点A,t得上限对应终点B。
历年真题1、设曲线,具有一阶连续偏导数,过第二象限内得点M与第四象限内得点N,为L上从点M到点N得一段弧,则下列小于零得选项就是(A)(B)(C)(D)(2007,数一,4分) 【解析】设点,得坐标分别为,,则有题设可知答案为B。
第二类曲线积分的计算

第二类曲线积分的计算作者:钟家伟 指导老师:张伟伟摘要:本文结合第二类曲线积分的背景用定义的方法进行第二类曲线积分的计算,重点是利用对称性,参数方程,格林公式斯托克斯公式以及两类曲线积分之间的联系对第二类曲线积分进行计算。
关键词:第二类曲线积分 二重积分 参数积分 对称性原理 斯托克斯公式 第二类曲面积分1 引言本文介绍第二类曲线积分的定义以及与两类曲线积分之间的联系,重点介绍若干种主要的计算方法。
1.1 第二类曲线积分的概念介绍了第二类曲线积分的物理学背景,平面和空间第二类曲线积分的定义以及对坐标的第二类曲线积分的定义。
1.2第二类曲线积分的计算方法介绍了关于第二类曲线积分的参数计算法,利用格林公式和斯托克斯公式计算的方法以及利用对称性简化或计算的方法。
2.1第二类曲线积分的物理学背景力场()),( , ),(),(y x Q y x P y x F =沿平面曲线L 从点A 到点B 所作的功一质点受变力()y x F , 的作用沿平面曲线L 运动,当质点从L 之一端点A 移动到另一端B 时,求力()y x F ,所做功W .大家知道,如果质点受常力F 的作用从A 沿直线运动到B ,那末这个常力F所做功为 W =AB F ⋅ . 现在的问题是质点所受的力随处改变,而所走路线又是弯弯曲曲.怎么办呢? 为此,我们对有向曲线L 作分割},,.....,,{110n n A A A A T -=,即在AB 内插入1-n 个分点,,.....,,121-n M M M 与A =n M B M =,0一起把曲线分成n 个有向小曲线段 i i M M 1-),,2,1(n i = ,记 小曲线段i i M M 1-的弧长为i S ∆.则分割},,.....,,{110n n A A A A T -=的细度为}{max 1i ni S T ∆=≤≤.设力()y x F ,在x 轴和y 轴方向上的投影分别为),(y x P与),(y x Q ,那么()y x F , =()),(),,(y x Q y x P j y x Q i y x P),(),(+=由于),,(),,(111i i i i i i y x M y x M ---则有向小曲线段i i M M 1-),,2,1(n i =在x 轴和y 轴方向上的投影分别为11---=∆-=∆i i i i i i y y y x x x 与.记i i M M L 1- =),(i i y x ∆∆从而力()y x F ,在小曲线段i i M M 1-上所作的功i W ⋅≈),(i F ηξi i M M L 1- =()i i P ηξ,i x ∆+()i i Q ηξ,i y ∆其中(j i ηξ,)为小曲线段i i M M 1-上任一点,于是力()y x F ,沿L 所作的功可近似等于i W =∑=n i i W 1i ni i i i n i i i y s Q x S P ∆+∆≈∑∑==11),(),(ηη当0→T 时,右端积分和式的极限就是所求的功.这种类型的和式极限就是下面所要讨论的第二型曲线积分.2.2 第二型曲线积分的定义设),(y x P ,),(y x Q 为定义在光滑或分段光滑平面有向曲线AB L 上的函数,对AB L 任一分割T ,它把ABL 分成n 个小弧段i i M M 1-),,2,1(n i =;其中A =n M B M =,0.记各个小弧段i i M M 1-弧长为i s ∆,分割T 的细度为}{m a x 1i ni S T ∆=≤≤,又设T的分点的坐标为),(i i i y x M ,并记11,---=∆-=∆i i i i i i y y y x x x ,),,2,1(n i = .在每个小弧段i i M M 1-上任取一点()i i ηξ,,若极限存在且与分割T 与点()i i ηξ,的取法无关,则称此极限为函数),(y x P ,),(y x Q 在有向线段AB L 上的第二类曲线积分,记为⎰+Ldy y x Q dx y x P ),(),(或 ⎰+ABdy y x Q dx y x P ),(),(也可记作⎰⎰+LLdy y x Q dx y x P ),(),( 或 ⎰⎰+ABABdy y x Q dx y x P ),(),(注:(1) 若记()y x F , =()),(),,(y x Q y x P ,()dy dx s d ,=则上述记号可写成向量形式:⎰⋅Ls d F .(2) 倘若L 为光滑或分段光滑的空间有向连续曲线,),,(z y x P ,),,(z y x Q ,),,(z y x R 为定义在L 上的函数,则可按上述办法定义沿空间有向曲线L 的第二类曲线积分,并记为按照这一定义 , 有力场()),( , ),(),(y x Q y x P y x F =沿平面曲线L 从点A 到点B 所作的功为⎰+=AB Qdy Pdx W .第二型曲线积分的鲜明特征是曲线的方向性 . 对二型曲线积分有 ⎰⎰-=BAAB,定积分是第二型曲线积分中当曲线为x 轴上的线段时的特例.可类似地考虑空间力场()),,( , ),,( , ),,(),,(z y x R z y x Q z y x P z y x F =沿空间曲线AB L 所作的功. 为空间曲线AB L 上的第二型曲线积分⎰++ABdz z y x R dy z y x Q dx z y x P ),,(),,(),,(.2.1 对坐标的第二类曲线积分的概念设函数在平面P(x ,y)上的一条光滑(或分段光滑)曲线上有定义且有界,用分点(,)(0,1,2)i i i M X Y i n =将曲线L 从起点A 到B 分为n 个有向小弧的长度(,)i i i l ξη∀∈∆,作和式1(,)()niiiii iP X XX ξη-∆-∑。
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第二类曲线积分的计算作者:钟家伟 指导老师:张伟伟摘要:本文结合第二类曲线积分的背景用定义的方法进行第二类曲线积分的计算,重点是利用对称性,参数方程,格林公式斯托克斯公式以及两类曲线积分之间的联系对第二类曲线积分进行计算。
关键词:第二类曲线积分 二重积分 参数积分 对称性原理 斯托克斯公式 第二类曲面积分1 引言本文介绍第二类曲线积分的定义以及与两类曲线积分之间的联系,重点介绍若干种主要的计算方法。
1.1 第二类曲线积分的概念介绍了第二类曲线积分的物理学背景,平面和空间第二类曲线积分的定义以及对坐标的第二类曲线积分的定义。
1.2第二类曲线积分的计算方法介绍了关于第二类曲线积分的参数计算法,利用格林公式和斯托克斯公式计算的方法以及利用对称性简化或计算的方法。
2.1第二类曲线积分的物理学背景力场()),( , ),(),(y x Q y x P y x F =沿平面曲线L 从点A 到点B 所作的功一质点受变力()y x F ,的作用沿平面曲线L 运动,当质点从L 之一端点A 移动到另一端B 时,求力()y x F ,所做功W .大家知道,如果质点受常力F 的作用从A 沿直线运动到B ,那末这个常力F所做功为W =AB F ⋅. 现在的问题是质点所受的力随处改变,而所走路线又是弯弯曲曲.怎么办呢?为此,我们对有向曲线L 作分割},,.....,,{110n n A A A A T -=,即在AB 内插入1-n 个分点,,.....,,121-n M M M 与A =n M B M =,0一起把曲线分成n 个有向小曲线段 i i M M 1-),,2,1(n i = ,记 小曲线段i i M M 1-的弧长为i S ∆.则分割},,.....,,{110n n A A A A T -=的细度为}{max 1i ni S T ∆=≤≤.设力()y x F ,在x 轴和y 轴方向上的投影分别为),(y x P与),(y x Q ,那么()y x F ,=()),(),,(y x Q y x P j y x Q i y x P),(),(+=由于),,(),,(111i i i i i i y x M y x M ---则有向小曲线段i i M M 1-),,2,1(n i =在x 轴和y 轴方向上的投影分别为11---=∆-=∆i i i i i i y y y x x x 与.记i i M M L 1- =),(i i y x ∆∆从而力()y x F ,在小曲线段i i M M 1-上所作的功i W ⋅≈),(i F ηξi i M M L 1- = ()i i P ηξ,i x ∆+()i i Q ηξ,i y ∆其中(j i ηξ,)为小曲线段i i M M 1-上任一点,于是力()y x F ,沿L 所作的功可近似等于i W =∑=n i i W 1i ni i i i n i i i y s Q x S P ∆+∆≈∑∑==11),(),(ηη当0→T 时,右端积分和式的极限就是所求的功.这种类型的和式极限就是下面所要讨论的第二型曲线积分.2.2 第二型曲线积分的定义设),(y x P ,),(y x Q 为定义在光滑或分段光滑平面有向曲线AB L 上的函数,对AB L 任一分割T ,它把AB L 分成n 个小弧段i i M M 1-),,2,1(n i =;其中A =n M B M =,0.记各个小弧段i i M M 1-弧长为i s ∆,分割T 的细度为}{max 1i ni S T ∆=≤≤,又设T 的分点的坐标为),(i i i y x M ,并记11,---=∆-=∆i i i i i i y y y x x x ,),,2,1(n i = .在每个小弧段i i M M 1-上任取一点()i i ηξ,,若极限∑=→∆ni iiiT xP 1),(limηξ∑=→∆+ni iiiT yQ 1),(limηξ存在且与分割T 与点()i i ηξ,的取法无关,则称此极限为函数),(y x P ,),(y x Q 在有向线段AB L 上的第二类曲线积分,记为⎰+Ldy y x Q dx y x P ),(),(或 ⎰+ABdy y x Q dx y x P ),(),(也可记作⎰⎰+LLdy y x Q dx y x P ),(),( 或 ⎰⎰+ABABdyy x Q dx y x P ),(),(注:(1) 若记()y x F , =()),(),,(y x Q y x P ,()dy dx s d ,=则上述记号可写成向量形式:⎰⋅Ls d F .(2) 倘若L 为光滑或分段光滑的空间有向连续曲线,),,(z y x P ,),,(z y x Q ,),,(z y x R 为定义在L 上的函数,则可按上述办法定义沿空间有向曲线L 的第二类曲线积分,并记为dz z y x R dy z y x Q dx z y x P L),,(),,(),,(++⎰按照这一定义 , 有力场()),( , ),(),(y x Q y x P y x F =沿平面曲线L 从点A 到点B 所作的功为⎰+=ABQdy Pdx W .第二型曲线积分的鲜明特征是曲线的方向性 . 对二型曲线积分有⎰⎰-=BAAB,定积分是第二型曲线积分中当曲线为x 轴上的线段时的特例.可类似地考虑空间力场()),,( , ),,( , ),,(),,(z y x R z y x Q z y x P z y x F =沿空间曲线AB L 所作的功. 为空间曲线AB L 上的第二型曲线积分⎰++ABdz z y x R dy z y x Q dx z y x P ),,(),,(),,(.2.1 对坐标的第二类曲线积分的概念设函数在平面P(x ,y)上的一条光滑(或分段光滑)曲线上有定义且有界,用分点(,)(0,1,2)i i i M X Y i n =将曲线L 从起点A 到B 分为n 个有向小弧的长度(,)i i i l ξη∀∈∆,作和式1(,)()n i i i i i iP X X X ξη-∆-∑。
记{}1max ii nl λ≤≤=∆,若极限1lim ()niiii P X Iλξη→∞=-∆=∑存在,且对曲线L 的分点及点 的选取方式无关,则称此极限为函数P(x,y)按从A 到 B 的方向沿曲线L 对坐标x 的曲线积分,记作的曲线积分 记作1(,)lim ()nii ii LP x y dx P X λξη→∞==-∆∑⎰,其中P (x ,y )称为被积函数,L 称为被积路径,对坐标的曲线积分也称之为第二类曲线积分。
类似的,设函数Q (x ,y )在xy 平面上的一条光滑(或分段光滑)曲线L (AB )上有定义且有界。
若对于L 的任意分法和(,)i i ξη(,)LP x y dx ⎰(,)i i ξη的任意取法,极限都存在且唯一,则称此极限值1lim ()ni i ii Q Y λξη→∞=-∆∑为函数Q (x ,y )按从A 到B 的方向沿曲线L 对坐标Y 的曲线积分,记作(,)L Q x y dy⎰2. 2 第二类曲线积分的参数计算法首先要弄清楚两类积分的定义,简单地说,第一类曲线积分就是201(,)lim (,)ni i ili f x y ds s λξη→==∆∑⎰第二类曲线积分就是1(,)(,)lim (,)(,)niiiiiili P x y dx Q x y dy P x Q y λξηξη→=+=∆+∆∑⎰ (1)这两种曲线积分的主要区别就在于,第一型曲线积分的积分和中是乘的i s ∆,i s ∆是一小段弧的弧长,i s ∆总是正值;而第二类曲线积分和积分和中是乘的一段弧的,x y 坐标的增量11,i i i i i i x x x y y y --∆=-∆=-,i x ∆与i y ∆是可正可负的。
当积分的路径反向时,i s ∆不变,而i x ∆,i y ∆反号,因此第一类曲线积分不变而第二类曲线积分反号,在这一性质上,第二类曲线积分与定积分是一样的。
计算曲线积分的基本方法是利用的参数方程将其转化成定积分,但两类曲线积分有些不同。
设曲线l 的参数方程为(),(),x x t t y y t αβ=⎧≤≤⎨=⎩则第一类曲线积分的计算公式为ds ===这里要注意αβ≤,即对t 的定积分中,下限比上限小时才有0dt >,也就有dt dt=,这样才有上述计算公式。
这个问题在计算中也要特别注意。
沿l 上的点由A 变到B ,即t 的下限α对应曲线积分的起点A ,他的上限β对应曲线积分的起点A ,t 的上限β对应终点B 。
在计算中总要用到曲线的参数方程,这里列出一些常用曲线的参数方程。
椭圆的参数方程为(sin ),02(cos ),x a t t t y a t t π=-⎧≤≤⎨=-⎩有些较简单的曲线可取x 或y 为参数,即可由直角坐标方程。
例如,直线y ax b =+,取可由直角坐标方程得出参数方程。
例如,直角y ax b =+,取x 为参数,参数方程即为,,x x x y ax b =⎧-∞<<+∞⎨=+⎩又如,抛物线y x =,取y 为参数,参数方程为2,0,x y y y y ⎧=≤<+∞⎨=⎩例1 设l 为以(0,0),(1,0),(0,0)O A B 为顶点的三角形边界,计算(1)22()lx y ds +⎰(2)2222()()lxy dx x y dy+++⎰,沿逆时针方向。
解:(1)这是第一类曲线积分。
22222222()()()()lOAABOBx y ds x y ds x y ds x y ds+=+++++⎰⎰⎰⎰线段OA 的参数方程为,010,x x x y =⎧≤≤⎨=⎩122201()3OAx y ds x dx +==⎰⎰线段AB 的参数方程为,011,x x x y x =⎧≤≤⎨=-⎩12222022()((1))23ABx y ds x x dx +=+-=⎰⎰.线段OB 的参数方程为0,01,x y y y =⎧≤≤⎨=⎩1222013i OBx y ds y dy +==⎰⎰所以2212212(12)()3333L x y ds ++=++=⎰(2)这是第二类曲线积分。
22()(2)lx y dx x dy +++⎰2222()(2)()(2)OABOx y dx x dy x y dx x dy=+++++++⎰⎰111222(1)(2)(1)2x dx x x dx x d x dy=++-++-+⎰⎰⎰12011(132)236x x dx =++--=⎰在这个例子中,必须注意第一类曲线积分与第二类曲线积分的不同处理方法,尤其是方向性 问题。