- •Тема криволинейные интегралы
- •§1. Криволинейный интеграл 1го рода: определение, свойства, смысл
- •I Определение
- •II Свойства
- •III Смысл
- •§2. Вычисление криволинейного интеграла 1го рода
- •I Явное задание пути интегрирования
- •II Параметрическое задание пути интегрирования
- •III Полярные уравнения пути интегрирования
- •IV Вычисление силы притяжения
- •V Вычисление площади части цилиндрической поверхности
- •§4. Криволинейный интеграл второго рода: определение, смысл, свойства
- •I Задача о вычислении работы
- •II Определение
- •III Свойства
- •§5. Вычисление криволинейного интеграла 2го рода
- •I Явное задание пути интегрирования
- •II Параметрическое задание пути интегрирования
- •§6. Формула Грина
- •§7. Независимость криволинейного интеграла 2го рода от формы пути интегрирования
- •§8. Нахождение функции по её полному дифференциалу
II Определение
Пусть
вдоль простой незамкнутой линии
задана вектор-функция
Проведем привычную уже процедуру.
1й_шаг.
Линию
произвольными точками
разбиваем на частичные дуги
и обозначаем
проекции дуги
на оси
и
соответственно. Кроме того, пусть
.
2й_шаг.
На каждой частичной дуге выбираем
произвольную точку:
![]()
3й_шаг. Составляем интегральную сумму
![]()
Определение.
Если при
существует конечный предел интегральных
сумм, не зависящий от разбиения пути
на части и от выбора точек
в этих частях, то такой предел называют
криволинейным интегралом 2го
рода от вектор-функции
по пути
и обозначают символом
(1)
Из
первой части параграфа вытекает
механический смысл интеграла (1) – это
работа силового поля
по перемещению единичной массы вдоль
линии
.
Замечание 2. Понятие интеграла (1) очевидным способом распространяется на случай трёхмерного силового поля
![]()
Замечание 3. Если путь интегрирования замкнут (но простой!), то по умолчанию считаем что он пробегается точкой против часовой стрелки (другими словами, область, которую ограничивает путь, остается при движении слева). В этом случае используют обозначение
![]()
Называют
такой интеграл циркуляцией поля
вдоль контура
.
Для пространственных замкнутых путей
требуются дополнительные условия.
III Свойства
Линейность.
Аддитивность.
При изменении направления обхода пути интегрирования
криволинейный интеграл 2го рода меняет знак на противоположный:
.
Это
связано с тем, что проекции всех частичных
дуг
на оси, то есть все
изменят знак, а, следовательно, изменят
знак и интегральная сумма и её предел.
Если
– отрезок прямой, параллельный осиОх,
то
.
Если
–
отрезок прямой, параллельный осиОy,
то
.
Это
следствие того, что, если, например,
,
то проекции всех
на осьОy
равны
0,
поэтому
интегральная сумма имеет вид
Случай
аналогичен.
Если у нас есть возможность выбора пути интегрирования, то можно выбрать ломанную, звенья которой, параллельны осям координат.
Формула Грина
![]()
где
– область, которую ограничивает контур(L).
Точная формулировка и доказательство
будут даны ниже.
§5. Вычисление криволинейного интеграла 2го рода
I Явное задание пути интегрирования
Теорема
1.
Пусть путь
– это часть графика непрерывно-дифференцируемой
функции
,
причем начало пути соответствует
значению
,
а конец
.
Пусть, кроме того, вектор-функция
непрерывна вдоль
.
Тогда:
1)
криволинейный интеграл 2го
рода от вектор-функции
вдоль пути
существует; 2) этот интеграл можно
вычислить по формуле
(1)
Доказательство. Докажем вторую часть теоремы, принимая во внимание первую часть (смотри доказательство теоремы 1, §2).
1й_шаг.
Разбиваем отрезок
на части точками
на
частей. Тогда линия
разобьётся на частичные дуги точками
.
Проекции дуги
на оси координат:
по
теореме Лагранжа.
2й_шаг.
В качестве точки
возьмём точку с координатами
.
3й_шаг. Составляем интегральную сумму

Последняя
сумма – это интегральная сумма для
определенного интеграла в формуле (1).
Заметим, что условие
равносильно условию
.
При
доказательстве мы считали, что
.
Если же наоборот, то деление отрезка
и
![]()
Мы снова получили формулу (1).
Замечание
1.
Если путь интегрирования
,
то формула аналогичная.
Пример 1. Вычислить криволинейный интеграл
,
где
О(0,0),
А(2,4)
для случаев: а) (ОА)
– дуга параболы
;b)
(ОА)
– двухзвенная ломанная
.
Решение.
а)
.
b)
.
Здесь
и
.
Поэтому
![]()
.
Если
рассмотреть интеграл от той же
вектор-функции по замкнутому контуру
,
то нетрудно получить
![]()
