Презентация на тему «Криволинейный интеграл первого рода его приложения»

Математический анализ Раздел: Интегрирование ФНП Тема: Криволинейный

интеграл II рода

Лектор Пахомова Е.Г.

2011 г.

1. Задача, приводящая к криволинейному интегралу II рода Пусть под

действием силы F? = {P(x,y,z); Q(x,y,z); R(x,y,z)} точка перемещается по кривой (?) из точки L1 в точку L2 . ЗАДАЧА: найти работу, которую совершает сила F?. 1. Разобьем (?) на n частей точками M0=L1, M1, …, Mn=L2. 2. Если (??i) = (Mi–1Mi) – мала, то (??i) можно считать отрезком, а F? – постоянной. Тогда работа силы по перемещению точки из Mi–1 в Mi равна Ai ? P(Ki) · ?xi + Q(Ki) · ?yi + R(Ki) · ?zi , где Ki – произвольная точка из (??i), Тогда

§10. Криволинейный интеграл II рода (по координатам)

2. Определение и свойства криволинейного интеграла II рода

Пусть (?) = (L1L2) – простая (т.е. без кратных точек) спрям- ляемая (т.е. имеющая длину) кривая в пространстве Oxyz, и на кривой (?) задана функция P(x,y,z). ОПРЕДЕЛЕНИЕ. 1. Разобьем кривую (?) произвольным образом на n частей точками M0=L1, M1, …, Mn=L2 в направлении от L1 к L2. 2. Пусть Mi(xi; yi; zi). Обозначим ?xi = xi – xi–1 (т.е. проекцию ду- ги (Mi –1Mi) на ось Ox) 3. На каждой дуге (Mi–1Mi) выберем произвольную точку Ki(?i;?i?i) и вычислим произведение P(Ki) · ?xi . Сумму

Назовем интегральной суммой для функции p(x,y,z) по кривой (?) по переменой x (соответствующей данному разбиению кривой (?) и данному выбору точек ki).

Пусть Число I называется пределом интегральных сумм In(Mi , Ki) при

? 0 , если для любого ? >0 существует ? >0 такое, что для любого разбиения кривой (?) у которого ? < ? , при любом выборе точек Ki выполняется неравенство | In(Mi , Ki) – I | < ? . Если существует предел интегральных сумм In(Mi , Ki) при ? ? 0, то его называют криволинейным интегралом от функции P(x,y,z) по переменной x по кривой (?).

Где ?mi–1mi – длина дуги (mi–1mi)

Обозначают:

Или

Аналогично определяются интегралы

Сумму

Записывают в виде

И называют криволинейным интегралом II рода (по координатам).

Свойства криволинейного интеграла ii рода

Замечание: предполагаем, что все рассматриваемые в свойствах интегралы существуют.

1. Криволинейный интеграл II рода зависит от направления движения по кривой. При изменении направления обхода кривой (L1L2) криволинейный интеграл II рода меняет знак, т.е.

2. Если кривая (?) замкнута, то криволинейный интеграл II рода не зависит выбора начальной точки L1, а зависит от направления обхода кривой.

Направление обхода замкнутой кривой, при котором область, лежащая

«внутри» контура, остается слева по отношению к движущейся точке, называют положительным. Противоположное ему направление называют отрицательным.

На плоскости положительным направлением обхода является направление против хода часовой стрелки.

Криволинейный интеграл II рода по замкнутому контуру в положительном направлении обозначают:

В отрицательном направлении:

3. ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ криволинейного интеграла II рода

Пусть F? = {P(x,y,z); Q(x,y,z); R(x,y,z)} – сила, под действием которой точка перемещается по кривой (?) из L1 в L2 . Работа, которую при этом совершает сила F? , будет равна

4. Постоянный множитель можно выносить за знак криволиней- ного интеграла II рода, т.е.

5. Криволинейный интеграл II рода от алгебраической суммы двух

(конечного числа) функций равен алгебраической сумме криволинейных интегралов II рода от этих функций, т.е.

6. Если кривая (L1L2) разбита точкой K на две части (L1K) и (KL2), то

(Свойство аддитивности криволинейного интеграла II рода).

3. Вычисление криволинейного интеграла II рода

Пусть простая (не имеющая кратных точек) кривая (?)=(L1L2) задана параметрическими уравнениями: x = ?(t), y = ?(t), z = ?(t), (2) где t?[a;b] (или t?[b;a]) (L1?? , L2??) .

ТЕОРЕМА 1. Если (?) – гладкая кривая, заданная уравнениями (2) и функция P(x,y,z) непрерывна на (?), то P(x,y,z) интегрируема по переменной x по кривой (?) и справедливо равенство

Аналогичным образом вычисляются интегралы

СЛЕДСТВИЕ 2. Если выполнены условия: 1) (

) = (L1L2) – гладкая кривая в плоскости xOy , заданная уравнением y = ?(x) (где x пробегает отрезок с концами a и b; L1(a; ?(a) , L2(b; ?(b) ), 2) функции P(x,y), Q(x,y) непрерывны на (?), то существует криволинейный интеграл II рода и справедливо равенство

ТЕОРЕМА 3 (достаточные условия существования криволиней- ного интеграла II рода). Если (?) – кусочно-гладкая спрямляемая кривая и функции P(x,y,z), Q(x,y,z), R(x,y,z) кусочно-непрерывны на (?) , то существует интеграл

4. Связь между криволинейными интегралами II рода и двойными

интегралами

Пусть (?) – замкнутая ограниченная область на плоскости xOy, (?) – граница (?), кусочно гладкая, – кусочно непрерыв- ны в области (?)

Тогда существуют интегралы

и справедлива формула Грина:

5. Криволинейные интегралы II рода, не зависящие от пути

интегрирования

ЛЕММА 4. Для того, чтобы криволинейный интеграл

не зависел от линии интегрирования, необходимо и достаточ- но, чтобы этот интеграл, взятый по любому замкнутому кон- туру (?) был равен нулю. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО

ТЕОРЕМА 5. Пусть функции P(x,y,z), Q(x,y,z), R(x,y,z) непре- рывны

вместе со своими частными производными в некото- рой односвязной области D?Oxyz . Следующие условия эквивалентны:

2) выполняются равенства 3) выражение pdx + qdy + rdz является полным дифференци- алом некоторой функции u(x,y,z), т.Е. Du = pdx + qdy + rdz .

Пусть Pdx + Qdy + Rdz = du ; (

) = (L1L2) – простая гладкая кривая (любая) (?): x = ?(t), y = ?(t), z = ?(t), где t?[a;b] (или t?[b;a]) (L1?? , L2??) . Рассмотрим

6. Интегрирование полных дифференциалов

Получили:

Таким образом, для криволинейного интеграла II рода от полного дифференциала справедлив аналог формулы Ньютона – Лейбница.

Нахождение функции по ее дифференциалу

Пусть P(x,y)dx + Q(x,y)dy = du(x,y) ; Тогда ?L(x,y) и ?L0(x0,y0)

Рассмотрим интеграл, полагая (L0L) = (?1) или (L0L) = (?2) :

7. Связь криволинейных интегралов I и II рода

Получили:

Или

Если (?) – простая гладкая кривая, то справедлива формула

Где cos?, cos?, cos? – направляющие косинусы вектора, каса- тельного к кривой (?) .

8. Геометрическое приложение криволинейного интеграла II рода

Пусть (?) – квадрируемая область в плоскости xOy, (?) – граница (?), кусочно-гладкая. Тогда площадь области (?) может быть найдена по формуле: