\(\oint_Lf(x,y)ds\)
对弧长的线积分(第一类)
1.判断奇偶性和对称性
\(\begin{cases} 若轴对称,则偶为2倍奇为0 \\ 若关于y=x对称,则可交换xy \end{cases}\)
2.计算
参数方程
\[\begin{cases} x=x(t) \\ y=y(t) \\ \alpha\le t\le\beta \\ \int_\alpha^\beta f(x(t),y(t))\sqrt{x'^2(t)+y'^2(t)}dt \end{cases} \]
直角坐标计算
\[\begin{cases} L:y=y(x),a\le x\le b \\ \int_a^bf(x,y(x))\sqrt{1+y'^2(x)}dx\end{cases}\]
极坐标计算
\[\begin{cases} \rho=\rho(\theta) \\ \alpha\le x\le\beta \\ \int_{\alpha}^{\beta} f( \rho ( \theta ) \cos \theta, \rho ( \theta ) \sin \theta ) \sqrt { \rho^2 + \rho'^2} d \theta \end{cases} \]
记
一奇偶对称,二替换变量,三乘根号;
参数方程导数平方和开根号,直角坐标函数导数平方加一开根号,极坐标函数和导数平方和开根号
\(\int_L f_1(x,y)dx+f_2(x,y)dy\)
对坐标的线积分(第二类)
\(\int_LPdx+Qdy=\int_L(P\cos\alpha+Q\cos\beta)ds\)
一、直接计算-定积分法
\(\int_LPdx+Qdy\)
\(\begin{cases} 直角坐标: \int_a^bP(x,\phi(x))dx+Q(x,\phi x)\phi'(x)dx\\ 参数方程:\int_\alpha^\beta P(\phi(t),\Phi(t))\phi'(t)dt+Q(\phi(t),\Phi(t))\Phi'(t)dt \end{cases}\)
记
直接替换求积分,记得\(d(x)\)里面的\(x\)替换后要求导。
二、格林公式
条件
区域为闭曲线,方向逆时针(正向)
\(P(x,y)\)与\(Q(x,y)\)处处连续有一阶偏导数(路径无关)
公式
\(\oint_L Pdx+Qdy=\iint_D(\frac{\partial Q}{\partial x}-\frac{\partial P}{\partial y})dxdy\)
注意\(P\rightarrow dx\rightarrow y\)偏导,在后面;\(Q\rightarrow dy\rightarrow x\)偏导,在前面。
已知复杂曲线,求曲线积分
例 曲线为\(x^2+y^2+z^2=1\)与\(x+y+z=0\)的交线,则\(\oint_L (x+2y)^2ds\)为__________
解 直接算不好算,因此把曲线方程凑积分方程,尽量化简成常数。
1. 首先展开:\((x+2y)^2=x^2+4y^2+4y\)
2. 根据变量对称性:\(\oint x^2ds=\oint y^2ds=\oint z^2ds\),\(\oint xyds=\oint yzds=\oint xzds\)
3. 原式=\(\oint \frac{5}{3}(x^2+y^2+z^2)+\frac{2}{3}[(x+y+z)^2-(x^2+y^2+z^2)]ds\)
4. =\(2Pi\)