Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Интеграл по замкнутому контуру, формула Грина, примеры

Если дан криволинейный интеграл, а кривая, по которой происходит интегрирование — замкнутая (называется контуром), то такой интеграл называется интегралом по замкнутому контуру и обозначается следующим образом:

Криволинейный интеграл вдоль треугольника.

Область, ограниченную контуром L обозначим D. Если функции P(x, y) , Q(x, y) и их частные производные Криволинейный интеграл вдоль треугольникаи Криволинейный интеграл вдоль треугольника— функции, непрерывные в области D, то для вычисления криволинейного интеграла можно воспользоваться формулой Грина:

Криволинейный интеграл вдоль треугольника.

Таким образом, вычисление криволинейного интеграла по замкнутому контуру сводится к вычислению двойного интеграла по области D.

Формула Грина остаётся справедливой для всякой замкнутой области, которую можно проведением дополнительных линий на конечное число простых замкнутых областей.

Пример 1. Вычислить криволинейный интеграл

Криволинейный интеграл вдоль треугольника,

если L — контур треугольника OAB , где О(0; 0) , A(1; 2) и B(1; 0) . Направление обхода контура — против часовой стрелки. Задачу решить двумя способами: а) вычислить криволинейные интегралы по каждой стороне треугольника и сложить результаты; б) по формуле Грина.

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

а) Вычислим криволинейные интегралы по каждой стороне треугольника. Сторона OB находится на оси Ox , поэтому её уравнением будет y = 0 . Поэтому dy = 0 и можем вычислить криволинейный интеграл по стороне OB :

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Уравнением стороны BA будет x = 1 . Поэтому dx = 0 . Вычисляем криволинейный интеграл по стороне BA :

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Уравнение стороны AO составим, пользуясь формулой уравнения прямой, проходящей через две точки:

Криволинейный интеграл вдоль треугольника.

Таким образом, dy = 2dx . Вычисляем криволинейный интеграл по стороне AO :

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Данный криволинейный интеграл будет равен сумме интегралов по краям треугольника:

Криволинейный интеграл вдоль треугольника.

б) Применим формулу Грина. Так как Криволинейный интеграл вдоль треугольника, Криволинейный интеграл вдоль треугольника, то Криволинейный интеграл вдоль треугольника. У нас есть всё для того, чтобы вычислить данный интеграл по замкнутому контуру по формуле Грина:

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Как видим, получили один и тот же результат, но по формуле Грина вычисление интеграла по замкнутому контуру происходит значительно быстрее.

Пример 2. Пользуясь формулой Грина, вычислить криволинейный интеграл

Криволинейный интеграл вдоль треугольника,

где L — контур OAB , OB — дуга параболы y = x² , от точки О(0; 0) до точки A(1; 1) , AB и BO — отрезки прямых, B(0; 1) .

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Решение. Так как функции Криволинейный интеграл вдоль треугольника, Криволинейный интеграл вдоль треугольника, а их частные производные Криволинейный интеграл вдоль треугольника, Криволинейный интеграл вдоль треугольника, D — область, ограниченная контуром L , у нас есть всё, чтобы воспользоваться формулой Грина и вычислить данный интеграл по замкнутому контуру:

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Пример 3. Пользуясь формулой Грина, вычислить криволинейный интеграл

Криволинейный интеграл вдоль треугольника, если L — контур, который образуют линия y = 2 − |x| и ось Oy .

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Решение. Линия y = 2 − |x| состоит из двух лучей: y = 2 − x , если x ≥ 0 и y = 2 + x , если x .

Имеем функции Криволинейный интеграл вдоль треугольника, Криволинейный интеграл вдоль треугольникаи их частные производные Криволинейный интеграл вдоль треугольникаи Криволинейный интеграл вдоль треугольника. Подставляем всё в формулу Грина и получаем результат:

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Пример 4. С помощью формулы Грина вычислить криволинейный интеграл

Криволинейный интеграл вдоль треугольника,

если L — окружность Криволинейный интеграл вдоль треугольника.

Решение. Функции Криволинейный интеграл вдоль треугольника, Криволинейный интеграл вдоль треугольникаи их частные производные Криволинейный интеграл вдоль треугольникаи Криволинейный интеграл вдоль треугольниканепрерывны в замкнутом круге Криволинейный интеграл вдоль треугольника. Подставляем всё в формулу Грина и вычисляем данный интеграл:

Видео:Криволинейный интеграл II рода вдоль плоской кривойСкачать

Криволинейный интеграл II рода вдоль плоской кривой

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Учасники групи мають 10% знижку при замовленні робіт, і ще багато бонусів!

Контакты

Администратор, решение задач
Роман

Tel. +380685083397
[email protected]
skype, facebook:
roman.yukhym

Решение задач
Андрей

facebook:
dniprovets25

Видео:Математический анализ, 47 урок, Криволинейные интегралы первого родаСкачать

Математический анализ, 47 урок, Криволинейные интегралы первого рода

Криволинейные интегралы — определение и вычисление с примерами решения

Содержание:

Видео:Математический анализ, 48 урок, Криволинейные интегралы второго родаСкачать

Математический анализ, 48 урок, Криволинейные интегралы второго рода

Криволинейные интегралы

Криволинейный интеграл первого рода

Пусть К — некоторая гладкая (или кусочно-гладкая) плоская кривая

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

где t — параметр, а

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

— ее дифференциал дуги. Здесь если Криволинейный интеграл вдоль треугольника, то dt > 0 и Криволинейный интеграл вдоль треугольника; если же Криволинейный интеграл вдоль треугольника, то dt 2 . Так как парабола проходит через точку Криволинейный интеграл вдоль треугольника, то 2 = k — 1 2 и, значит, k = 2, т. е. у = 2х 2 . Отсюда dу = 4х dx и

Криволинейный интеграл вдоль треугольникаКриволинейный интеграл вдоль треугольника

3) На основании свойства 2 имеем

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Так как уравнение ОВ есть у = 0 Криволинейный интеграл вдоль треугольника, то Криволинейный интеграл вдоль треугольника= 0. Далее, уравнение ВА записывается так: х = 1 Криволинейный интеграл вдоль треугольника; поэтому х'(у) = 0. Из формулы (7) получаем

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Заметим, что здесь интеграл I при фиксированных концах пути интегрирования К зависит от вида этого пути.

Пример:

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

вдоль линий К, указанных в примере 1.

Воспользовавшись приведенными выше уравнениями линии К, последовательно имеем:

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Таким образом, здесь интеграл I имеет одно и то же значение для различных путей, соединяющих точки О и А. Принципиальное различие примеров 1 и 2 будет разъяснено. Если

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

есть кусочно-гладкая пространственная кривая Криволинейный интеграл вдоль треугольника Криволинейный интеграл вдоль треугольника— тройка функций, непрерывных на кривой К, то под соответствующим криволинейным интегралом второго рода понимается интеграл

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Физический смысл криволинейного интеграла второго рода

Пусть Криволинейный интеграл вдоль треугольника— непрерывно меняющаяся переменная сила и

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

— путь К, пробегаемый точкой ее приложения (рис. 241); обозначим через Криволинейный интеграл вдоль треугольникабесконечно малый вектор перемещения из текущей точки М (х, у) кривой К в бесконечно близкую точку Криволинейный интеграл вдоль треугольника(мы здесь пренебрегаем бесконечно малыми высшего порядка по сравнению с ds). Имеем ds = . Так как на бесконечно малом пути ds непрерывную силу F можно считать постоянной, то элементарная работа силы равна

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Интегрируя выражение (1) вдоль кривой К, получим работу силы

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Выражение (2), очевидно, есть соответствующий криволинейный интеграл второго рода.

Итак, криволинейный интеграл второго рода представляет собой работу переменной силы вдоль пути интегрирования, проекциями которой на координатные оси являются соответствующие коэффициенты при дифференциалах переменных.

Пример:

Найти работу А переменной силы Криволинейный интеграл вдоль треугольника, точка приложения которой описывает параболу ОВ (рис. 242)

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Решение:

Согласно формуле (2) имеем

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Из уравнения (3) получаем dy = 2х dx, поэтому

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Аналогично, работа пространственной силы

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

вдоль пути К: Криволинейный интеграл вдоль треугольникавыражается криволинейным интегралом второго рода

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Условие независимости криволинейного интеграла второго рода от вида пути интегрирования

Пусть Криволинейный интеграл вдоль треугольника— непрерывные функции в области G (рис. 243). Рассмотрим две произвольные точки Криволинейный интеграл вдоль треугольникаобласти и всевозможные пути Криволинейный интеграл вдоль треугольника Криволинейный интеграл вдоль треугольникасоединяющие эти точки (М1 — начало пути, М2 — конец пути) и не выходящие за пределы области G. Может случиться, что

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

В таком случае говорят, что криволинейный интеграл второго рода

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

не зависит от вида пути интегрирования в данной области G.

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Если выполняются условия (1), то для интеграла (2) нет необходимости указывать путь интегрирования, а достаточно отметить лишь его начальную точку Криволинейный интеграл вдоль треугольникаи его конечную точку М2 Криволинейный интеграл вдоль треугольника пути. Поэтому здесь употребляется обозначение

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Справедлива следующая теорема:

Теорема: Если в области G подынтегральное выражение X dx + Y dy является полным дифференциалом некоторой функции U = U (х, у), т. е.

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

то криволинейный интеграл (2) не зависит от пути интегрирования в области G.

Доказательство: Пусть

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

— произвольный путь К в области G, соединяющий точки Криволинейный интеграл вдоль треугольника, причем

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Из формулы (4) имеем

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Далее, используя соотношения (6), будем иметь

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Таким образом, значение интеграла I одно и то же при любом выборе функций Криволинейный интеграл вдоль треугольника, и, следовательно, интеграл I не зависит от вида пути, соединяющего точки Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Следствие 1. Если выполнено соотношение (4), то в силу (9) имеем

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

(обобщенная формула Ньютона — Лейбница).

Следствие 2. Если подынтегральное выражение X dx + Y dy есть полный дифференциал и путь интегрирования К замкнутый, то

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

(кружок при интеграле обозначает интегрирование вдоль замкнутого пути).

Пример:

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Решение:

Так как у dx + х dy = d (ху), то, независимо от вида пути, соединяющего точки Криволинейный интеграл вдоль треугольника, имеем

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Работа потенциальной силы

Теорема предыдущего параграфа имеет физическое содержание. Пусть в области G определено силовое поле

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Примером силового поля может служить поле силы тяжести у поверхности Земли, где на любую материальную точку массы т действует сила mg (g — ускорение свободного падения). Более общим примером силового поля является гравитационное поле, создаваемое массой М. Здесь на материальную точку массы Криволинейный интеграл вдоль треугольниканаходящуюся на расстоянии г от притягивающего центра, согласно закону Ньютона действует сила Криволинейный интеграл вдоль треугольника(k — гравитационная постоянная), направленная к притягивающему центру. Другим примером силового поля служит электрическое поле Кулона.

Если существует функция Криволинейный интеграл вдоль треугольникатакая, что

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

то говорят, что поле потенциальное (иначе, F — потенциальная сила), а функцию U называют потенциалом поля. В этом случае, очевидно,

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Отсюда для работы А потенциальной силы F вдоль пути, соединяющего точки Криволинейный интеграл вдоль треугольника, имеем

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

т. е. работа потенциальной силы не зависит от вида пути и равна разности потенциалов силы для конечной и начальной точек пути.

В частности, если путь замкнут, то работа А = 0.

Пример:

Найти работу А силы тяжести при перемещении в вертикальной плоскости Оху (вблизи поверхности Земли) точки массы т из положения Криволинейный интеграл вдоль треугольникав положение Криволинейный интеграл вдоль треугольника(рис. 244).

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Решение:

Если ось Ох горизонтальна, а ось Оу вертикальна, то проекции силы тяжести, действующей на материальную точку массы т, равны X = 0, У = -mg. Имеем

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Поэтому за потенциал поля силы тяжести можно принять

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Отсюда работа силы тяжести, независимо от пути Криволинейный интеграл вдоль треугольника, равна

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Замечание. Аналогичные результаты справедливы для криволинейного интеграла, взятого по пространственной кривой. В частности, если

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Криволинейный интеграл вдоль треугольника

Криволинейный интеграл вдоль треугольника
Рекомендую подробно изучить предметы:
  1. Математика
  2. Алгебра
  3. Линейная алгебра
  4. Векторная алгебра
  5. Высшая математика
  6. Дискретная математика
  7. Математический анализ
  8. Математическая логика
Ещё лекции с примерами решения и объяснением:
  • Двойные и тройные интегралы
  • Делимость чисел в математике
  • Обыкновенные дроби
  • Отношения и пропорции
  • Уравнения поверхности и линии в пространстве
  • Общее уравнение плоскости
  • Угол между плоскостями
  • Понятие о производной вектор-функции

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

📹 Видео

Формула ГринаСкачать

Формула Грина

Криволинейный интеграл 1 родаСкачать

Криволинейный интеграл 1 рода

Криволинейный интеграл по длине дуги ➜ Криволинейный интеграл 1-го родаСкачать

Криволинейный интеграл по длине дуги ➜ Криволинейный интеграл 1-го рода

Формула Остроградского - ГринаСкачать

Формула Остроградского - Грина

Криволинейный интеграл 1-го рода ★ Криволинейный интеграл по длине дуги ★ ∫(x+y)dsСкачать

Криволинейный интеграл 1-го рода ★ Криволинейный интеграл по длине дуги ★ ∫(x+y)ds

Формула ГринаСкачать

Формула Грина

Реакция на результаты ЕГЭ 2022 по русскому языкуСкачать

Реакция на результаты ЕГЭ 2022 по русскому языку

Криволинейный интеграл 2 родаСкачать

Криволинейный интеграл 2 рода

Криволинейный и двойной интеграл. Формула Грина.Ч1Скачать

Криволинейный и двойной интеграл. Формула Грина.Ч1

Криволинейные интегралыСкачать

Криволинейные интегралы

Криволинейный интеграл 1 рода.Скачать

Криволинейный интеграл 1 рода.

Формула Стокса.ЦиркуляцияСкачать

Формула Стокса.Циркуляция

Циркуляция векторного поля. Вычисление при при помощи криволинейного интеграла.Скачать

Циркуляция векторного поля. Вычисление при при помощи криволинейного интеграла.

Непосредственное вычисление циркуляцииСкачать

Непосредственное вычисление циркуляции

Криволинейный интеграл II рода по пространственной кривойСкачать

Криволинейный интеграл II рода по пространственной кривой

Криволинейный интеграл первого родаСкачать

Криволинейный интеграл первого рода
Поделиться или сохранить к себе: