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-1-第三节格林公式及其应用格林公式平面上曲线积分与路径无关的条件三全微分准则原函数
-2-设D为平面区域,如果D内任一闭曲线所围成的部分都属于D,则称D为平面单连通区域,否则称为复连通区域.DD单连通区域复连通区域单连通区域边界正向:外边界逆时针,内边界顺时针逆时针复连通区域边界正向:
-3-定理1设区域D是由分段光滑曲线L围成,则有(Green公式)函数在D内具有一阶连续偏导数,证明:1.D为单连通区域.一格林公式其中L取D的边界曲线的正向.⑴D为简单情形.因为
-4-则所以只需证①②下证①设D
-5-(因BC,DA上,所以)
-6-所以同理可证(2)复杂情形.此时D可通过加辅助线将其分割为有限个简单区域.如图
-7-2.若D为复连通区域。则可通过加辅助线将其分割为单连通区域,如图
-8-
-9-推论:正向闭曲线L所围区域D的面积格林公式例如,椭圆所围面积
-10-例1计算曲线积分其中为正向圆周解取
-11-例2计算曲线积分其中为以点为顶点的三角形的正向解边界。取
-12-例3计算曲线积分其中为由点沿曲线到点解不是一条封闭曲线,格林公式不能直接应用,添线段则
-13-例4计算曲线积分其中为由点沿曲线到点解格林公式不能直接应用,添线段则不是一条封闭曲线,
-14-例5计算曲线积分其中为逆时针方向的圆周解在不满足格林公式的条件,但在L上,所以
-15-例6计算其中L为一无重点且不过原点的分段光滑正向闭曲线.解:令设L所围区域为D,由格林公式知
-16-在D内作圆周取逆时针方向,,对区域应用格记L和lˉ所围的区域为林公式,得
-17-另:1.曲线积分注:与曲线L的形状,以及L所围区域的大小无关。2.曲线积分,与曲线l所围区域的大小无关。3.根据被积函数分母的特点,选择相应曲线将“奇点”挖去。
-18-二平面上曲线积分与路径无关的条件定理2.设D是单连通域,在D内具有一阶连续偏导数,(2)沿D中任意光滑闭曲线L,有(3)对D中任一分段光滑曲线L,曲线积分(1)在D内每一点都有与路径无关,只与起止点有关.函数则以下四个条件等价:说明:积分与路径无关时,曲线积分可记为
-19-证明(1)(2)设L为D中任一分段光滑闭曲线,(如图),利用格林公式,得所围区域为
-20-证明(2)(3)设为D内任意两条由A到B的有向分段光滑曲线,则(根据条件(2))证明(3)(1)
-21-说明:1.三个条件等价,(1),(2)即为曲线积分与路径无关的条件。常用(1)。2.3.曲线不封闭,则可选择简单路径来求。
-22-例7计算曲线积分其中为从点沿曲线的第一象限部分解因此积分与路径无关。到点
-23-例8证明:积分只与的起点和终点有关,而与所取路径无关,其中不经过轴。并计算曲线积分解原式
-24-例9计算曲线积分其中为从点沿椭圆的上半部分到点解从0到一段,取原式
-25-三全微分准则原函数定理2.设D是单连通域,在D内具有一阶连续偏导数,函数则在D内是某一函数的全微分,即的充要条件是在D内恒成立。证明:设存在函数u(x,y)使得必要性,
-26-则P,Q在D内具有连续的偏导数,从而在D内每一点都有充分性。此即曲线积分与路径无关的条件。所以
-27-在D内取定点因曲线积分则和任一点B(x,y),与路径无关,有函数与路径无关。(积分中值定理)
-28-同理可证因此有说明:如果在单连通域内曲线积分与路径无关,的原函数的计算公式为则在此单连通域内,
-29-此时有或上式可看做N-L公式的推广。并且也提供了一种求曲线积分的方法,找全微分的原函数。
-30-例10已知求解法一
-31-解法二
-32-例11验证在右半平面(x0)内存在原函数,并求出它.证:令则由定理2可知存在原函数
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