宋浩高等数学笔记(十一)曲线积分与曲面积分

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        个人认为同济高数乃至数学一中最烧脑的一章。。。重点在于计算方式的掌握,如果理解不了可以暂时不强求,背熟积分公式即可。此外本贴暂时忽略两类曲面积分之间的联系,以及高斯公式的相关内容,日后会尽快更新,争取高效率学习。

        在数学中,曲线积分是积分的一种。积分函数的取值沿的不是区间,而是特定的曲线,称为积分路径。曲线积分有很多种类,当积分路径为闭合曲线时,称为环路积分或围道积分。曲线积分可分为:第一类曲线积分和第二类曲线积分。

        定义在曲面上的函数或向量值函数关于该曲面的积分。曲面积分一般分成第一型曲面积分和第二型曲面积分。

        第一型曲面积分物理意义来源于对给定密度函数的空间曲面,计算该曲面的质量。第二型曲面积分物理意义来源对于给定的空间曲面和流体的流速,计算单位时间流经曲面的总流量。

一型曲线积分与单积分的联系:设曲线L可表示为函数y=y(x)从a到b的一段。将弧微分ds近似为直线,由图2的直角三角形得~

二型曲线积分与单积分的联系:设曲线L可表示为函数y=y(x)从a到b的一段~

一二型曲线积分的联系:把一型的ds投影到dx与dy方向上,即可转换为二型

目录

11.1对弧长的曲线积分

11.2对坐标的曲线积分

11.3两类曲线积分的联系

11.4格林公式

11.5对面积的曲面积分

11.6对坐标的曲面积分 


考研数学一大纲对这一章的要求如下:

1.理解两类曲线积分的概念,了解两类曲线积分的性质及两类曲线积分的关系.

2.掌握计算两类曲线积分的方法.

3.掌握格林公式并会运用平面曲线积分与路径无关的条件,会求二元函数全微分的原函数.

4.了解两类曲面积分的概念、性质及两类曲面积分的关系,掌握计算两类曲面积分的方法,掌握用高斯公式计算曲面积分的方法,并会用斯托克斯公式计算曲线积分。

5.了解散度与旋度的概念,并会计算.


11.1对弧长的曲线积分

  • 几何意义是,曲线上的密度不想同,因此需要通过积分来求出变化的密度
  • 所谓的密度不同的曲线,可以有2维和3维两种
  • (函数值可以为负~)
  • 计算方法记住公式套路就行,花样不是很多
  • 原公式中x、y的均为t的函数,本质上就是参数方程;有时候y为x的函数,亦或x与y的函数,可以将其中一个之接视为参数t

11.2对坐标的曲线积分

  • 第二类曲线积分本质为变力在做功时方向和大小都在变化
  • 也分为二维和三维的情况
  • 对坐标的曲线积分,亦可以分段,且区间的变化是点的坐标到点的坐标的变化
  • 积分方向的选择非常重要~

11.3两类曲线积分的联系

  • 一类:f*德尔塔s(s即为根号下德尔塔x方和德尔塔y方的和)~
  • 二类:P*德尔塔x+Q*德尔塔y

11.4格林公式

  • 本质上,就是三维的牛顿莱布尼茨公式~
  • 单连通区域:D内任一闭曲线围城的部分都属于D~
  • 复联通区域:逆时针是正方向
  • 格林公式的定义:设闭区域D由分段光滑的曲线L围成,P(x,y)与Q(x,y)在D上有一阶连续偏导,则D区域上的二重积分,即为L闭区间的曲线积分,L为D的正方向曲线
  • 积分符号上有一个圆圈,意为闭曲线上的曲线积分
  • (例题一定要重视~)

11.5对面积的曲面积分

  • 定积分:积分域
  • 二重积分:平面域
  • 三重积分:空间域
  • 曲线积分:曲线弧
  • 曲面积分:曲面域~
  •  如果三元函数在光滑曲面上连续,则对面积的曲面积分存在~
  • 计算方式为将曲面投影在XoY平面上,相当于先用累次积分再用一次普通的定积分~

11.6对坐标的曲面积分 

  • 对坐标的曲面积分是由方向~
  • (例题非常重要)

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