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文档简介
1、第十章 习题课曲线积分与曲面积分一 基本要求1理解两类曲线和曲面积分的概念,了解两类积分的性质以及两类积分的关系.2掌握计算两类曲线、曲面积分的方法.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.4.了解高斯公式,并会用公式求曲面积分.5会用曲线积分和曲面积分求一些几何量与物理量(弧长,质量,重心,转动惯量,引力、功和流量等). 二.要点提示弧微分设L:(1)对弧长(第一类)1.曲线积分的计算化为定积分计算(2)对坐标(第二类)设L:2曲面积分的计算(化为二重积分)若(1)对面积(第一类)的曲面积分若 下侧,则若 上侧,则(2)对坐标(第二类)的曲面积分3.格林公式 平面上曲线积分与二重
2、积分的关系(1)曲线积分与路径无关的条件L取正向.以及等价关系.(2)添加曲线使积分曲线弧段成为闭曲线,利用格林公式求曲线积分.4.高斯公式 曲面积分与三重积分的关系三 问题与思考问题1 下列运算正确吗?解(1)正确. (2) 错误,因为二重积分的积分包括圆的边界和内部,正确的是问题1 设 为平面在柱面下面两个积分的解法是否正确?内那一部分的上侧,三 问题与思考正确错误是 在xoy面上的投影, 因为第二个积分是对坐标的曲面积分,如果 是下侧,则故正确的作法是: 其中的微元问题2. 如何正确理解两类曲线积分和曲面积分的概念?答:由于实际需要,曲线积分与曲面积分为两种类型,有关质量重心转动惯量等数
3、量积分问题导出第一类线面积分;有关变力作功,流体流过曲面的流量等向量问题导出第二类线、面积分. 前者被积函数化为数量函数沿区域积分,无需考虑方向性,而后者被积函数是向量函数,必须考虑方向.因此,一个函数的积分可以由积分区域的有向或无向分为两种类型的积分. 在所学过的积分中区域无向的积分有:重积分,第一类曲线积分和第一类曲面积分区域有向的积分有:定积分,第二类曲线积分和第二类曲面积分. 曲线的方向是由起点到终点(定积分)或切向量的方向来确定,曲面的方向则由曲面上点的法向量所指向的侧来确定.问题3 设 是半球面 的外侧.有人说:“由对称性知故同样也有 ”, 对吗?不对 讨论题 由此给出对弧长的曲线
4、积分的几何意义. 已知一柱面的准线(平面曲线)和高,可以利用积分求出它的面积吗?提示:由定积分的几何意义推广.答:柱面的侧面积(准线y=y(x)为底边,z=f (x,y)为高的面积)y=y(x)平面上对弧长的曲线积分几何意义:例1 计算。 四 典型题目解解 改写L:因为积分曲线L关于y轴对称,函数 2xy是x例3 设L为椭圆其周长为a,求解 原式=的奇函数,因此有而所以 L取顺时针方向.t 从 变到0. 例4 计算曲线积分其中L是曲线因此可令再由得解 这里L由一般方程给出,首先要将一般从z轴正向看去,方程化为参数方程. 注意到于是L参数方程t 从 变到0. 解法2 由对称性(轮换性)的下侧.是介于之间的部分,它的法向量指向前侧.解 由于曲面在xoy面的投影为一半圆周曲线,所以例7 求面积为0,对于 分为两块 右侧与在xoz面上的投影区域相同,即 而侧相反,故 .左侧对于 在yoz面上的投影区域为 故因此,原积分前侧这里L是有向折线ABC可选路径AEFC,则请思考:能否取折线ADC因积分与路径无关,不能L是从点沿到的弧段. 例10 求使其成为闭曲线积分解 将L补上直线段BA:x从 变到 ,由格林公式 (D为上半椭圆域)解 由高斯公式,得其中为介于与之间部分的下侧.解 构造辅助平面取上侧.则构成分片光滑的封闭
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