高数.对坐标的曲线积分.请问绕坐标轴顺时针旋转和逆

曲线积分里沿逆时针和沿顺时针有什么区别?_百度知道
曲线积分里沿逆时针和沿顺时针有什么区别?
逆时针,正向顺时针,负向在将封闭区域上的曲线积分变为二重积分时,二重积分前面的符号,正向时取+号,否则-号即∮_(c±) Pdx+Qdy = ±∫∫_(D) (P'y-Q'x) dxdy,c+正向,c-负向
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下载所得到的文件列表高等数学第十章曲线积分与曲面积分(考研辅导班内部资料).doc
文档介绍:
第十章曲线积分与曲面积分
10.1曲线积分
一基本概念
定义1 第一类曲线积分(对弧长的曲线积分)
(1)平面曲线的积分:
(2)空间曲线的积分:
其中表示分割曲线的分法的细度,即段曲线弧长的最大值,或是第段弧上的任意一点。
物理意义:第一类曲线积分表示物质曲线的质量,其中被积函数或表示曲线的线密度。
定义2 第二类曲线积分(对坐标的曲线积分)
(1)平面曲线的积分:
(2)空间曲线的积分:
其中表示分割曲线的分法的细度,即段的最大弧长,是第段弧上的任意一点。
物理意义:第二类曲线积分表示变力沿曲线所作的功,被积函数或表示力在各坐标轴上的分量。
二基本结论
定理1 (第一类曲线积分的性质)
(1)无向性.
(2)线性性质(1) ;
(3)路径可加性曲线分成两段和(不重叠),则
(4)弧长公式(表示曲线的弧长).
(5)恒等变换积函数可用积分曲线方程作变换.
(6)奇偶性与对称性如果积分弧段关于轴对称,存在,则
其中点是曲线弧段与轴的交点.
定理2 (第二类曲线积分的性质)
(1)有向性.
(2)线性性质(1) ;
(3)路径可加性曲线分成两段和(不重叠),则
定理3 (第一类曲线积分与第二类曲线积分的关系)
其中是曲线上的点的切线的方向余弦,且
一般地,积分曲线的方向余弦是变量。但是,当积分曲线是直线时,则切线的方向余弦是一个常量。所以,当积分曲线是直线时,可能采用两类不同的曲线积分的转换。
定理4 (格林公式)
设是由分段光滑的曲线围成,函数及其一阶偏导数在上连续,则有
其中是围成区域的正向边界曲线。
三基本方法
1 计算第一类曲线积分(对坐标的曲线积分)
方法一:基本方法——转化为定积分
(1)用参数方程给出的积分曲线:,,,则
(2)用一般方程给出的积分曲线:,,则
(3)用极坐标方程给出的积分曲线:,,则
例1 计算,上半圆周。
解(方法1)曲线的参数方程:,,
(方法2) 曲线的一般方程:,,,于是有
例2 计算,的第一象限部分。
解令,则积分曲线的极坐标方程为:
(第一象限部分), ,
方法二:基本技巧——利用第一类曲线积分性质
例3 计算,其中。
解根据曲线积分的线性性质,有
根据性质(4)和(5),
根据奇偶性和对称性,,于是
例4 计算,与相交的圆周。
解由于积分曲线关于的具有轮换对称性,则有
于是,利用积分曲线方程化简被积函数,有
注1 计算第一类曲线积分,有基本方法和基本技巧,在具体问题中可以兼顾考虑。但是在有些问题中,基本方法是没有办法解决的,这可能有两种情况:一是可以建立积分曲线参数方程,转化为定积分,但没办法计算这个定积分;二是很难建立积分曲线参数方程,如例4。
2 计算第二类曲线积分(对坐标的曲线积分)
方法一:基本方法——转化定积分
设的平面曲线:其参数方程:,起点和终点对应的参数取值分别是和,则
设的空间曲线:其参数方程:,起点和终点对应的参数分别是和,则
注2 第二类曲线积分转化为定积分,积分的下限是积分曲线的起点对应的参数取值,上限是积分曲线的终点对应的参数取值,所以有时可能下限大于上限。
方法二:基本技巧——利用格林公式转化为二重积分(平面曲线)
设曲线是闭合正向逐段光滑曲线,,以及一阶偏导数在围成的区域内连续,则
方法三:基本技巧——利用斯托克斯公式转化为曲面积分(空间曲线)
设有向分段光滑闭合曲线张成分片光滑有向曲面,具有一阶连续偏导数,则
其中方向和法线方向满足右手系,,,是曲面的法向量的方向余弦。
注3 当曲面是平面时,方向余弦是常量。于是,当空间曲线比较复杂时,而曲线在某个平面上,即张成(围成)的曲面是一个平面,我们常常将第二类空间曲线积分转化为曲面积分。
注4 利用格林公式一定要平面曲线,并且是闭合的。对非闭合曲线积分,如果欲用格林公式,可以补充曲线段。通常情况下,补充的曲线段是平行于坐标轴的线段,这样有利于计算在补充曲线段上的曲线积分。
注5 计算第二类曲线积分,不论积分曲线是平面曲线还是空间曲线,都有两个方法:
(1)平面曲线积分:将曲线积分转化为定积分或重积分;
(2)空间曲线积分:将曲线积分转化为定积分或曲面积分。
例5 计算,其中为上半椭圆:,取顺时针方向.
解曲线的参数方程:,,,因为顺时针,于是积分弧段的起点和终点对应的参数分别是和,所以
根据三角函数积分公式和性质
例6 计算,其中是从点到点的线段.
解直线的方程为
于是,积分曲线的参数方程可表示为:,,,参数从到。于是
例7 计算,其中是从到的
上半圆周。
例8计算,其中是与()的交线,曲线是逆时针方向。
解积分曲线参数方程:,,,所以
例9计算曲线积分,其中为平面被三个坐标面所截成的三角形的整个边界,其方向与三角形的上侧满足右手法则.
解曲线张成曲面是三角形,利用斯托克斯公式,得
在面上的投影区域:,.利用矢量点积法,积分曲面法向量为,所以
题型平面曲线积分与路径无关的条件
设是平面单连通有界闭区域,是内的逐段光滑曲线,若,,,在上连续,则下面四个命题等价:
(1)曲线积分与路径无关,只与起点和终点有关;
(2)在内存在一个函数,使;
(4)对内的任意光滑或逐段光滑闭曲线,有.
例10 计算,其中是过,,的圆周。
解(方法1)由于,于是曲线积分和积分路线无关。因此
(方法2)利用凑微分
1.计算下列第一类曲线积分:
(1),其中为连接和两点的线段;
(2),其中为,;
(3),其中为,直线和轴在第一象限内所围成的扇形的整个边界;
(4),其中为圆周;
(5),其中是与的相交的圆周;
(6),其中是与的相交的圆周;
2.计算下列对坐标的曲线积分:
(1),其中是抛物线上从点到点的一段弧;
(2),其中为圆周及轴所围成的在第一象限内的区域的整个边界(逆时针方向绕行);
(3),其中为圆周,上对应从到的一段弧;
(5),其中从到点的一条直线段;
3.计算,为曲线从点到点的弧段.
4.计算下列曲线积分:
(1),其中为在抛物线上从点和的一段弧;
(2),其中为围成的正方形的边界,沿顺时针方向.
5.验证下列在整个平面内是某一函数的全微分,并求这样的一个:
6.证明下列曲线积分在整个面内与路径无关,并计算积分值:
(2),和为连续函数.
7.利用曲线积分,计算下列曲线所围成的图形面积:
(1)椭圆:; (2)圆:.
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下载次数:  通过对历年试题的研究,我们能够发现,含有变现积分与原函数的综合题是比较多的。考生们必须掌握其基本知识。下面,我们来分析一下对坐标的曲线积分方法,希望能够给考生的复习以启迪。  更多内容请进入:  拓展提高:
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