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平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式

下一节:曲面的定向

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平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式课程教案、知识点、字幕

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

微积分——多元函数与重积分课程列表:

第一章 多元函数微分学

-第一节 多元连续函数

--向量的内积与长度-1

--向量的内积与长度-2

--R^n中的点列的收敛性

--内点、外点、边界点-1

--内点、外点、边界点-2

--开集、闭集、区域

--多元函数的有关概念

--二重极限的定义

--二重极限的例题

--二次极限的定义

--连续与一致连续的定义

--连续函数的性质-1

--连续函数的性质-2

--连续函数的性质-3

-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

--混和偏导数与求导顺序无关的条件

-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

--复合函数微分法之一

--复合函数微分法之二

--复合函数求导数(举例)

--隐函数存在定理

--隐函数求导法(举例)

--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

--梯度向量的概念与计算

-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

--映射与连续映射的概念

--映射的导数、微分、雅克比矩阵

--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)

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式-2

--二元函数带有Lagrange型余项的泰勒公式

-第一章 多元函数微分学--第七节练习题

第二章 多元函数微分学应用

-第一节 多元函数微分学的几何应用

--空间曲线的切线与法平面(之一)

--空间曲线的切线与法平面(之二)

--空间曲线的切线与法平面问题举例

--曲面的切平面与法线(之一)

--曲面的切平面与法线(之二)

--曲面的切平面与法线(之三)

--曲面的切平面与法线问题举例

-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

--极值点的概念和必要条件

--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

--二元函数条件极值问题的提法

--三元函数条件极值问题的提法(之一)

--三元函数条件极值问题的提法(之二)

--条件极值问题的直接解法

--条件极值问题的Lagrange解法

--条件极值问题举例

--多元函数在有界闭域上的最值

--最小二乘法

-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题

第三章重积分

-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

--关于二重积分性质的例题

-第二节 二重积分的计算

--二重积分的计算:直角坐标系(1)

--二重积分的计算:直角坐标系(2)

--二重积分的计算:直角坐标系(3)

-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

--二重积分的一般坐标变换公式

--二重积分的计算:极坐标系

--二重积分的计算:极坐标系例题

--二重积分的计算:一般坐标系例题

-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

--三重积分的计算:例题(1)

--三重积分的计算:例题(2)

--空间坐标变换

--空间柱坐标系

--空间柱坐标系例题(1)

--空间柱坐标系例题(2)

--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

--第一类曲线积分的引入

--第一类曲线积分的定义

--第一类曲线积分的性质

--第一类曲线积分的计算公式

--第一类曲线积分的计算例题

-第三章重积分--第五节 练习题

-第六节 第一类曲面积分

--第一类曲面积分的引入

--第一类曲面积分的定义

--第一类曲面积分的性质

--第一类曲面积分的计算公式

--第一类曲面积分的计算例题(1)

--第一类曲面积分的计算例题(2)

-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

--广义含参积分的连续性和积分导数

-第三章重积分--第七节 练习题

第四章 向量分析

-第一节 第二类曲线积分

--第二类曲线积分的引入

--第二类曲线积分的定义

--第二类曲线积分的性质第二类曲线积分的性质

--第二类曲线积分的性质

-第四章 向量分析--第一节 练习题

-第二节 Green公式及其应用

--平面第二类曲线积分:Green公式

--平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式

-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

--第二类曲面积分的引入

--第二类曲面积分的定义与性质

--第二类曲面积分的计算

-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

--第二类曲面积分的计算:Gauss公式

--Stokes公式及其应用

-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

第五章 常微分方程

-第一节 微分方程的基本概念

--微分方程概念举例

--微分方程的基本概念

--一阶微分方程定解问题解的存在唯一性

-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

--可化为齐次型方程的方程

--一阶线性微分方程的概念和解的性质

--一阶线性微分方程的解法

--Bernoulli方程

--可降阶方程(之一)

--可降阶方程(之二)

-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

--线性微分方程解的性质

--函数组线性相关(无关)的概念

--函数组线性相关的必要条件

--线性微分方程解函数组线性相关的判别法

--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

--视频5--17 二阶线性齐次微分方程的特征法

--n阶线性齐次微分方程的特征法

-- 线性齐次微分方程的特征法举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之一)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法(之二)

--欧拉方程

--欧拉方程举例

-第五章 常微分方程--第四节 练习题

平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式笔记与讨论

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