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第二类曲线积分是向量场沿曲线的积分,表示为积分L上P dx加Q dy的形式。这里P和Q是定义在曲线L上的函数,dx和dy表示沿曲线的微小位移分量。图中显示了一条从点A到点B的曲线L,绿色箭头表示向量场的方向。
参数化法是计算第二类曲线积分最基本的方法。首先将曲线L参数化为x等于x(t),y等于y(t),其中t在区间a到b内变化。然后计算微分dx等于x'(t)dt,dy等于y'(t)dt。最后将参数化表达式代入积分式,转化为关于参数t的定积分。以曲线y等于x的平方为例,我们可以参数化为x等于t,y等于t的平方,t从0到1。
现在我们通过一个具体例子来演示计算过程。计算积分L上x dy,其中L是曲线y等于x的平方,从原点到点(1,1)。首先参数化曲线:x等于t,y等于t的平方,t从0到1。然后计算微分:dx等于dt,dy等于2t dt。将这些代入积分式得到:积分0到1的t乘以2t dt,等于积分0到1的2t的平方dt,计算得到2/3。
格林公式是计算平面闭合曲线积分的重要工具。对于平面上的简单闭合曲线L,如果函数P和Q在曲线围成的区域D内具有连续的偏导数,则闭合曲线积分等于区域D上的二重积分。公式为:闭合积分L上P dx加Q dy等于区域D上∂Q/∂x减去∂P/∂y的二重积分。这样就将复杂的曲线积分转化为相对简单的二重积分计算。
当向量场是保守场时,即满足∂P/∂y等于∂Q/∂x的条件,存在势函数f使得向量场等于f的梯度。此时曲线积分的值只依赖于起点和终点,与积分路径无关,积分值等于势函数在终点的值减去在起点的值。图中显示了保守向量场中两条不同路径的积分值相等。总结一下,第二类曲线积分有三种主要计算方法:参数化法适用于所有情况,格林公式适用于闭合曲线,势函数法适用于保守场。