论文—曲线积分和曲面积分的计算.docVIP

武夷学院数学与计算机系 《数学分析（1，2，3）》教案 PAGE 21 第21章 曲线积分和曲面积分的计算 教学目的： 教学重点和难点： §1 第一类曲线积分的计算 设函数在光滑曲线上有定义且连续，的方程为 则。 特别地，如果曲线为一条光滑的平面曲线，它的方程为，，那么有 。 例：设是半圆周, 。求。 例：设是曲线上从点到点的一段，计算第一类曲线积分。 例：计算积分，其中是球面被平面截得的圆周。 例：求，此处为连接三点，，的直线段。 §2 第一类曲面积分的计算 一 曲面的面积 （1）设有一曲面块，它的方程为 。具有对和的连续偏导数，即此曲面是光滑的，且其在平面上的投影为可求面积的。则该曲面块的面积为 。 （2）若曲面的方程为 , 令，，， 则该曲面块的面积为 。 例：求球面含在柱面内部的面积。 例：求球面含在柱面内部的面积。 二 化第一类曲面积分为二重积分 （1）设函数为定义在曲面上的连续函数。曲面的方程为。具有对和的连续偏导数，即此曲面是光滑的，且其在平面上的投影为可求面积的。则 。 （2）设函数为定义在曲面上的连续函数。若曲面的方程为 令 ，，， 则 。 例：计算，是球面，。 例：计算，其中为螺旋面的一部分： 。 注：第一类曲面积分通过一个二重积分来定义，这就是为什么在第一类曲面积分中用“二重积分符“的原因。 例：I=，是球面，球心在原点，半径为。 §3 第二类曲线积分 一 变力做功和第二类曲线积分的定义 1.力场沿平面曲线从点A到点B所作的功。先用微元法，再用定义积分的方法讨论这一问题，得 。 2. 第二型曲线积分的定义 定义1 设是一条光滑或逐段光滑曲线，且设是定义在上的有界函数，将沿确定方向从起点开始用分点分成个有向弧段，直至终点。且设。在每一弧段 上任取一点，作和式： 。 其中为起点，为终点。设，这里表示有向线段的长度。若当时，和有极限，且它与的分法无关，也与点的选择无关，则称为沿曲线按所述方向的第二类曲线积分，记作 或 。 注：如果向量，则向量沿曲线按一定方向的第二类曲线积分为 。 注：第二类曲线积分是与沿曲线的方向有关的。这是第二类曲线积分的一个很重要性质，也是它区别于第一类曲线积分的一个特征。 注：在平面情况下，若一人立在平面上沿闭路循一方向作环行时，如闭路所围成的区域靠近这人的部分总在他的左方，则这个方向就算作正向，否则就算作负向。这时只要方向不变，曲线积分的值是与起点的位置无关的。 二 第二类曲线积分的计算 设曲线自身不相交，其参数方程为： 。且设是光滑的。设当参数从调地增加到时，曲线从点按一定方向连续地变到点。设函数定义在曲线上，且设它在上连续。则。 （*） 注：（*）积分下限必须对应积分所沿曲线的起点，上限必须对应终点。 注：如果向量，则向量沿曲线按一定方向的第二类曲线积分为 例：计算积分, L的两个端点为A( 1, 1 ) , B( 2 , 3 ). 积分从点A到点B或闭合, 路径为 （1）直线段AB ； （2）抛物线； （3）折线闭合路径A( 1, 1 )D( 2 , 1 ) B( 2 , 3 ) A( 1, 1 )。. 例：计算积分, 这里L : （1）沿抛物线从点O( 0 , 0 )到点B( 1 , 2 )； （2）沿直线从点O( 0 , 0 )到点B( 1 , 2 )； （3）沿折线封闭路径O(0,0) A(1,0 ) B(1,2 ) O(0,0). 例：计算第二型曲线积分I = , 其中L是螺旋线，，从到的一段。 三 两类曲线积分的联系 第一类曲线积分与第二类曲线积分的定义是不同的，由于都是沿曲线的积分，两者之间又有密切联系。两者之间的联系式为 例：证明：对于曲线积分的估计式为 。利用这个不等式估计：,并证明。 例：设平面区域由一连续闭曲线所围成，区域面积设为，推导用曲线积分计算面积的公式为： 。 §4 第二类曲面积分 一 曲面的侧的概念 1．单侧曲面与双侧曲面 在实际生活中碰到的都是双侧曲面，至于单侧曲面也是存在的，牟彼乌斯带就是这类曲面的一个典型例子。 2．曲面的上侧和下侧，外侧和内侧 双侧曲面的定向: 曲面的上、下侧，左、右侧，前、后侧. 设法向量为 , 则上侧法线方向对应第三个分量, 即选“+”号时，应有，亦即法线方向与轴正向成锐角. 类似确定其余各侧的法线方向. 封闭曲面分内侧和外侧. 二 第二