当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第四章 向量分析 > 第二节 Green公式及其应用 > 平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式
现在我们用格林公式
来算一下平面的第二类曲线积分
我们要算的是这么一个积分
在L+这个上面(1+yex)dx+(x+ex)dy
其中呢 L+这条线呢
是这么一条线
是一个椭圆的上半椭圆
从A点到B点
x平方除以a方加上y平方除以b方等于1
它的y大于等于0部分
其中这个A点呢是(a,0)
B点呢是(-a,0)
我们可以用传统的办法来证来计算这道题
比如说我们把这个方程写成参数方程
很简单 x呢等于acost
y呢等于bsint
这样写的话
这种参数方程也可以算
我没算过
我不知道最后的定积分
是不是能积的出来
我们现在要做的事情是用格林公式来算
那么用格林公式
是有这么几个要求
第一个函数要好
要是连续可微的函数
那么这个函数当然都是没有问题
函数没有问题
第二个这个边界是要是闭才行
从A点到B点沿着上半椭圆
这是一条开的曲线不是一条封闭曲线
那我们怎么样才能做到这一点呢
加辅助线
辅助线呢有各种各样的加法
最最简单的一条辅助线
当然就加上从B点到A点的这么一条直线
哎 就是这么一条直线
从B点到A点的一条直线
所以L和 L我把它写成L1吧
L1这条曲线就构成了一条闭曲线
那么格林公式告诉我们
在L从A点到B点的第二类曲线积分
加上L1正的第二类曲线积分
被积函数(1+yex)dx+(x+ex)dy
就构成了D区域上的
闭路径上的第二类曲线积分
其中这个方向
恰好是与格林公式要求的方向一致
也就是沿着这个方向走
D区域呢 这就是D区域
正好在你的左侧
所以用一下格林公式
我们可以知道
可以写成一个二重积分
D区域上的二重积分Y对x的偏导数就等于1+ex
减去X对y的偏导数就是ex的二重积分
那么这么一减被积函数就是1
就相当于在D区域上的dxdy
这就是上半椭圆的面积
上半椭圆的面积
我们当然知道就等于πab/2
这个不是我们要算的第二类曲线积分
是加上一个L1之后
构成一个新的第二类曲线积分
所以我们如果要把原来要算的第二类曲线积分记成I
那么这个I呢
就当然就等于πab/2再减去另外一条线
另外一条线就是L1我们辅助
加上了辅助线上的第二类曲线积分(1+yex)dx+(x+ex)dy
前面那个πab/2我们把它写下来
减去我们写成两项
第一项的积分我们知道L1这条线
是不是 它的方程是不是就是y=0
所以第一项的积分
那么L这条线从B点到A点
也就是从-a到a 1dx这是第一项积分
因为这个曲线的方程就是y=0
再加上这个第二项的积分
第二项的积分我们知道现在是直线
x轴方向直线 所以在这条直线
不就y=0 所以dy一定=0
所以第二个呢
自然不需要你去算了他就是0
所以最后就等于πab/2-2a
这就是我们要算的第二类曲线积分的积分的值
在这里面呢 有几件事情要注意
第一件事函数的光滑性是不是足够的好
第二件事情曲线是不是闭的
如果不闭的话我们要加封闭
第三件事情加完封闭之后
那个方向是不是跟我们格林公式要求的方向
也就是沿着正方向走
区域在左侧那个要求是不是一致的
如果不一致的话
实际上我们还要加一个负号
在我们这道例题里面呢
恰好是一致的
好 我们再来看一道例题
我们要求一个二重积分sinx平方的dxdy
其中这个D区域呢
是我们现在图上画出来的这么一个区域
这条直线呢是y=x 这个呢是1
这个呢当然也是1
这个呢 就是我们的D区域
要求在这么一个三角形区域上的二重积分
格林公式是联系了第二类曲线积分和二重积分
那么刚才那道例题呢
我们把一个第二类曲线积分
化成第二类曲线积分来做
那么现在这道例题呢
我们要做的 是相反事情
把一个二重积分呢
转化成一个第二类曲线积分来做
我们假如说我们知道
这D的正边界就是我们图上所显示的方向
我们要找一个X xy的函数 Y也是xy的函数
使得Y对x的偏导数
减去X对y的偏导数
就等于sin括弧的x平方
如果说能找到
那么我们在D的正边界上的X(xy)dx+Y(xy)dy
就等于我们要求的二重积分sin括弧x平方dxdy
这是格林公式告诉我们的
我们现在要找要找这么个XY这个函数
显然 方法是不唯一的
比较简单的呢 我们可以找到
X作为xy的函数等于-ysin(x2)
Y作为xy的函数我们取0
那你可以验算一下
Y对x偏导数减去X对y偏导数一定等于它
这我们可以算的
所以我们原来要算的这么我把它叫做I
二重积分呢
就可以写成在D的正边界上的积分X(xy)dx
加上 本来要加一项Y Y=0 写和不写都一样
我们把D的正边界 由三条边界组成
第一条边界我把它叫做L1+
这条边界呢是平行于y轴的叫做L2+
那斜的那条边界呢叫L3+
那么在L1+上 我们来看一看
在L1+上-ysin(x2)dx
再加上第二个呢在L2+上-ysin(x2)dx
加上第三条是在L3+上-ysin(x2)dx
我们一条一条算
在L1+上的这条直线上
这条直线的方程叫做y=0
我把y=0朝里边一代 被积函数等于0
所以呢 第一个积分是等于0的
在L2+上的积分也等于0 原因很简单
在L2+这条线
是不是就是x=1 x=1的话dx自然=0
所以呢 只有在L3+上这条曲线上
这个积分有可能不等于0
那么在L3+这条曲线上
L3呢 它的方程啊
我们知道x y呢就等于x
其中x呢 是从什么地方呢
是从1到0 所以呢
我们把它转换成定积分的话
积分下限是起始点是1积分上限起始点是0
负的这个方程L3的方程是y=x -xsin(x2)dx
我们把它稍微验算一下
他就等于把符号和上下限正好颠倒一下
就等于从0到1的积分xsin(x2)dx
这个积分就好算了 就等于1/2的
负的1/2cos(x2)下限是x=0上限是x=1
也就等于我们把上限带进去的话等于1/2(1-cos1)
所以呢 我们第二道例题
实际上是把一个二重积分
把一个二重积分转化为一个第二类曲线积分
我们可以发现
这个第二类曲线积分反倒可以更容易一点
但是这两道例题 第一种呢
把一个第二类曲线积分
转化成一个二重积分呢
转化的方式是唯一的
被积函数就是Y对x偏导数减去X对y偏导数
而第二种呢
则转化的方式我们这个X取-ysin(x2) Y取0
实际上是转化方式之一
还有其他的方式
至少我们这种方式可以保证
我们这个二重积分最后把他做出来
其他方式那就不知道了
有可能做得出来 有可能就做不出来
-第一节 多元连续函数
--开集、闭集、区域
--二重极限的定义
--二重极限的例题
--二次极限的定义
-第一章 多元函数微分学--第一节练习题
-第二节 多元函数的偏导数
--偏导数的概念
--偏导数的几何意义
--高阶偏导数的概念
-第一章 多元函数微分学--第二节练习题
-第三节 多元函数的全微分
--全微分的概念
--可微的必要条件
--可微的充分条件
--可微的充要条件
--多元函数的原函数
-第一章 多元函数微分学--第三节练习题
-第四节 多元函数的微分法
--隐函数存在定理
--隐函数组求导法
-第一章 多元函数微分学--第四节练习题
-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量
--方向导数的概念
--方向导数的计算
-第一章 多元函数微分学--第五节练习题
-第六节 映射及其微分
--复合映射的微分法
-第一章 多元函数微分学--第六节练习题
-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)
-第一章 多元函数微分学--第七节练习题
-第一节 多元函数微分学的几何应用
-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题
-第二节 多元函数的极值
--极值点的判别法
--极值问题举例
-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题
-第三节 多元函数的条件极值
--条件极值问题举例
--最小二乘法
-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题
-第一节 二重积分的概念和性质
--二重重积分引入
--二重积分定义
--二重积分性质
-第二节 二重积分的计算
-第三章重积分--第二节练习题
-第三节 极坐标系及一般坐标系
--极坐标系
--一般坐标系
-第三章重积分--第三节练习题
-第四节 三重积分
--三重积分的引入
--三重积分的定义
--三重积分的性质
--直角坐标系
--空间坐标变换
--空间柱坐标系
--球坐标系
--球坐标系例题
-第三章重积分--第四节 练习题
-第五节 第一类曲线积分
-第三章重积分--第五节 练习题
-第六节 第一类曲面积分
-第三章重积分--第六节 练习题
-第七节 含参变量积分
--含参定积分的定义
--含参积分的连续性
--含参积分的导数
--含参积分的例题
-- 广义含参积分的一致收敛性
-第三章重积分--第七节 练习题
-第一节 第二类曲线积分
-第四章 向量分析--第一节 练习题
-第二节 Green公式及其应用
-第四章 向量分析--第二节 练习题
-第三节 第二类曲面积分
--曲面的定向
-第四章 向量分析--第三节 练习题
-第四节 Gauss公式与Stokes公式
--Gauss公式
-第四章 向量分析--第四节 练习题
-第五节 无源场,保守场与调和场
--平面保守场
--势函数及其计算
--空间保守场
--常见的场
-第四章 向量分析--第五节 练习题
-第一节 微分方程的基本概念
--微分方程概念举例
-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)
--变量分离方程
--齐次型方程
-第五章 常微分方程--第二节 练习题
-第三节 高阶线性微分方程解的结构
-第五章 常微分方程--第三节 练习题
-第四节 高阶线性常系数微分方程
--欧拉方程
--欧拉方程举例
-第五章 常微分方程--第四节 练习题