一、曲线积分
1、第一类曲线积分
形如下面这种形式的曲线积分,称之为第一类曲线积分,也称之为对弧长的曲线积分。
第一类曲线积分的计算方法一般为 三步替换法
- **替换积分上下限**
- **替换被积函数**
- **替换积分因子**
根据积分时坐标系的不同,可以分为以下几种情况:
注意计算第一类曲线积分的时候,积分下限一定要小于积分上限。
例题:
计算对弧长的曲线积分的时候,如果积分变量是常数1,那么积分所得到的即是曲线L的长度,比如下面这道题:
2、第二类曲线积分
3、格林公式与第二类曲线积分
注意:
- 1、格林公式在期末考试中一般与第二类曲线积分一起考察。
- 2、格林公式可以讲第二类曲线积分转换为二重积分进行运算。
- 3、格林公式中的 L 是指正向的曲线。如果是 逆向 的曲线,那么对应的应该在公式等号右侧添加上负号。
- 4、使用格林公式应该注意积分曲线是否是封闭的曲线,如果不是封闭的曲线,那么应该适当的添加上曲线使其封闭。
- 5、如果 P(x,y)对y的偏导 等于 Q(x,y)对x的偏导,那么该曲线积分和路径无关。
=>等价的说法:Pdx + Qdy 是函数f(x,y)的全微分
- 6、曲线积分和路径无关的充要条件即是:
P(x,y)对y的偏导 等于 Q(x,y)对x的偏导
例题:
一般的做题步骤:
- 1、判断是第一类曲线积分还是第二类曲线积分。如果是第二类曲线积分,那么大概率是考察格林公式的使用。
- 2、如果现有的积分曲线L不满足格林公式的使用条件(比如不是封闭的曲线),那么就需要手动的添加上相应的曲线使其满足格林公式的使用条件。记得最后要减去添加上的曲线的曲线积分。
- 3、计算 P对于y的偏导 和 Q对于x的偏导。
- 4、根据第2步判断曲线积分是否与积分路径有关。如果无关,就选择平行于x轴和平行于y轴的直线替换原来的积分曲线L。如果有关,就带入格林公式,转化为二重积分进行计算。
二、曲面积分
1、第一类曲面积分
例题:
一般的解题步骤:
- 1、确定是第一类曲面积分还是第二类曲面积分
- 2、确定往xoy平面投影后的平面区域 Ω
- 3、用 z = z(x,y) 替换函数中的z
- 4、用 dxdy替换积分因子ds
2、第二类曲面积分和高斯公式
将曲面积分的计算转换成三重积分的计算
高斯公式的使用条件:
- 对各个变量的偏导存在且连续
- 积分曲面是封闭曲面
例题:
一般的解题步骤:
- 求出变量z对于其他各个变量的偏导。
- 求出投影到xoy平面上的投影区域。
- 将求出来的偏导代入到高斯公式中。
- 将第二类曲线积分转换为三重积分计算。
- 计算三重积分
如果曲面不是封闭的曲面,那么就需要添加适当的曲面使其封闭,然后再减去对应的部分。