- •А.П. Бырдин н.В. Заварзин а.А. Сидоренко математический анализ
- •Часть 3
- •Учебное пособие
- •А.П. Бырдин н.В. Заварзин а.А. Сидоренко
- •Часть 3
- •Введение
- •1. Обыкновенные дифференциальные уравнения
- •1.1. Дифференциальные уравнения первого порядка
- •1. Определение дифференциального уравнения первого порядка.
- •2. Решение уравнения. Задача Коши.
- •5. Уравнение с разделяющимися переменными.
- •6. Однородные уравнения первого порядка.
- •6. Линейные уравнения.
- •Согласно условию
- •Дифференциальные уравнения второго порядка
- •Основные понятия.
- •1.3. Линейные дифференциальные уравнения второго порядка
- •Основные понятия.
- •1.4. Линейные дифференциальные уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами
- •Дифференцируя и подставляя в уравнение, получаем
- •Дифференцируя и подставляя в уравнение, получаем
- •1.5. Применение линейных дифференциальных уравнений к изучению колебательных явлений
- •1.6. Системы дифференциальных уравнений
- •Задачи к п. 1
- •Ответы к п. 1
- •2. Кратные интегралы
- •2.1. Двойные интегралы
- •2.3. Замена переменных в двойном интеграле
- •2.4. Некоторые геометрические и физические приложения двойных интегралов
- •Решение. Имеем
- •2. Вычисление площади. Как было установлено, площадь s области g может быть вычислена с помощью двойного интеграла по формуле
- •Задачи к п. 2.1
- •Ответы к п. 2.1
- •2.2. Тройные интегралы
- •Задачи к п. 2.2
- •Ответы к п. 2.2
- •3. Криволинейные интегралы
- •3.1. Криволинейные интегралы Вычисление криволинейных интегралов
- •Таким образом, окончательно имеем
- •Пример 6. Вычислить интеграл где:
- •3.2. Формула Грина
- •3.3. Условия независимости криволинейного интеграла от пути интегрирования
- •3.4. Интегрирование полных дифференциалов
- •Формула
- •Решение. В данном выражении функции
- •Решение. В данном случае функции
- •3.5. Некоторые приложения криволинейных интегралов второго рода
- •Задачи к п. 3
- •Ответы к п. 3
- •4. Поверхностные интегралы
- •4.1. Поверхностные интегралы. Вычисление поверхностных интегралов
- •4.2. Формула Остроградского
- •4.3. Формула Стокса
- •Задачи к п. 4
- •Ответы к п. 4
- •Библиографический список
- •Главление
- •1. Обыкновенные дифференциальные уравнения............4
- •2. Кратные интегралы ……….……………....…………......63
- •Бырдин Аркадий Петрович
- •Часть 3
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Формула
(3.18)
где фиксированная точка, а С произвольная постоянная, и дает возможность определить все функции, имеющие подынтегральное выражение своим полным дифференциалом.
Для отыскания F(x, у) по формуле (3.18) достаточно, выбрав любую точку в области G, вычислить криволинейный интеграл по любой кривой, соединяющей точки и . Так как в формуле (3.18) интеграл не зависит от выбора пути, то удобно, например, за путь интегрирования взять ломаную, звенья которой параллельны осям координат (рис. 39). Тогда
Так как и на участке от до , a на участке от до то равенство (3.18) принимает вид где первый определенный интеграл вычисляется при постоянном у, равном , а второй при постоянном х.
Пример 1. Проверить, является ли выражение полным дифференци-алом некоторой функции , и, если это так, найти .
Решение. В данном выражении функции
Р(х, у) = , Q(х, у) = (3.19)
непрерывны вместе с частными производными которые равны между собой. Следовательно, данное выражение является полным дифференциалом некоторой функции . Для отыскания функции воспользуемся формулой (3.15), где некоторая фиксированная точка, а В(х; у) переменная точка.
В данном случае за точку удобно взять точку (0;0). Учитывая, что криволинейный интеграл не зависит от пути интегрирования, выберем путь интегрирования от точки (0;0) до точки (х;у) в виде ломаной, звенья которой параллельны осям координат. Для этого достаточно взять точку (х;0) [или точку (0;у)] (рис. 40).
Тогда одно звено ломаной будет лежать на оси координат. Имеем
где С произвольная постоянная.
Практически при отыскании функции по ее полному дифференциалу удобно поступать следующим образом. Если
то, интегрируя первое из этих равенств по х, получаем
(3.20)
а интегрируя второе равенство по у, имеем
(3.21)
где и произвольные функции. Если подобрать функции и так, чтобы правые части равенств (3.20) и (3.21) совпали, то полученная таким образом функция и является функцией, полный дифференциал которой совпадает с выражением .
Так, например, пусть Интегрируя коэффициент при dx по х, получаем
(3.22)
интегрируя коэффициент при dy по у, имеем
(3.23)
Правые части равенств (3.22) и (3.23) совпадают, если положить
Таким образом,
Пример 2. Вычислить криволинейный интеграл
Решение. В данном случае функции
непрерывны и частные производные равны между собой. Значит, выражение является полным дифференциалом и данный интеграл не зависит от пути интегрирования. По формулам (3.20) и (3.21) находим , и по формуле (3.17) получаем
Заметим, что данный интеграл можно вычислить и непосредственно, если, например, взять в качестве пути интегрирования ломаную, соединяющую точки (1;2), (2;2) и (2;3), звенья которой параллельны осям координат.