Семинар 8
Криволинейные интегралы первого рода. Вычисление интегралов. Геометрические и физические приложения криволинейных интегралов первого рода.
Вводная информация
Определение криволинейного интеграла первого рода.
Пусть в каждой точке гладкой кривой , лежащей в плоскости , задана непрерывная функция двух переменных . Разобьем данную кривую на частей точками . Пусть - длина дуги . Возьмем на каждой дуге произвольную точку и составим сумму . Составленная сумма называется -ой интегральной суммой первого рода для функции , заданной на кривой . Обозначим через наибольшую из длин дуг . Если при существует предел интегральных сумм (не зависящий от способа разбиения кривой на части и выбора точек ), то этот предел называется криволинейным интегралом первого рода от функции по кривой и обозначается
или .
Если функция непрерывна, то криволинейный интеграл первого рода существует. Криволинейный интеграл первого рода обладает свойствами определенного интеграла (линейность, аддитивность и теорема о среднем), а также свойством (криволинейный интеграл первого рода не зависит от направления интегрирования).
Вычисление криволинейных интегралов первого рода.
Вычисление криволинейного интеграла первого рода сводится к вычислению определенного интеграла.
Пусть кривая задана непрерывно дифференцируемой функцией , тогда
,
при этом выражение называется дифференциалом длины дуги.
Пусть кривая задана параметрически , где - непрерывно дифференцируемые функции на отрезке , тогда
.
Аналогичная формула справедлива и для пространственной кривой , заданной параметрически
,
где - непрерывная функция вдоль кривой .
Пусть плоская кривая задана полярным уравнением , тогда
.
3. Приложения криволинейного интеграла первого рода.
1. Вычисление длины.
Используя криволинейный интеграл, можно вычислить длину кривой с помощью формулы
.
Вычисление площади цилиндрической поверхности.
Пусть в плоскости задана гладкая кривая , на которой определена непрерывная функция двух переменных . Тогда с помощью криволинейного интеграла можно вычислить площадь боковой поверхности цилиндроида с нижним основанием, ограниченным кривой , и верхним основанием, определенным поверхностью .
Вычисление массы материальной кривой.
Пусть - материальная кривая с линейной плотностью , тогда масса этой кривой вычисляется по формуле
.
Вычисление координат центра тяжести материальной кривой.
Статические моменты материальной кривой относительно координатных осей и соответственно равны
,
где - линейная плотность массы кривой , а координаты центра тяжести кривой определяются по формулам .
Вычисление моментов инерции кривой.
Криволинейные интегралы первого рода
определяют моменты инерции кривой с линейной плотностью относительно осей , и начала координат соответственно.
ЗАДАЧИ