打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
第26讲:《对弧长的曲线积分及基本计算法》内容小结、课件与典型例题与练习

一、对弧长的曲线积分的几何意义与物理意义

1、构建对弧长的曲线积分模型

对弧长的曲线积分即在微元弧微分 分布的曲线上求分布的部分量的和。

比如,小段 的质量近似量,即为 上一点 的线密度 与弧长的乘积,总的曲线型构件的质量 即为 分布的曲线 上求和,从而得到对弧长的曲线积分模型为

其中平面上的曲线积分即为以上模型的特殊情况,即 的情形。

【注】 对弧长的曲线积分的性质:

  • 平面上对弧长的曲线积分性质与二重积分一致,把二重积分换成平面曲线上的对弧长的曲线积分即可

  • 空间中对弧长的曲线积分性质与三重积分一致,把三重积分换成空间曲线上对弧长的曲线积分即可

2、对弧长的曲线积分的几何意义

(1) 时,表示平面积分曲线段 的长度;当积分曲线为空间曲线 ,则表示空间曲线段 的长度.

(2) 时,表示以 面上的曲线 为准线,母线平行于 轴,顶部为 点构成的曲线(即高为 )的曲顶柱面片的面积。

3、对弧长的曲线积分的物理意义

, 时,分别表示平面曲线段 与空间曲线段 的质量。

【注】 根据被积函数描述的实际意义不同,积分具有不同的实际意义.

二、对弧长的曲线积分的计算法

不管是空间曲线还是平面曲线,曲线积分的计算公式可以统一描述为

其中 , ,即由曲线 的参数方程表达式分量构成的向量值函数描述形式,其中 表示向量值函数 的导数(即各分量的参数表达式的导数构成的向量)向量的模。

1、积分曲线为平面曲线的情形

  • ,

则对弧长的曲线积分为

  • , ,

则对弧长的曲线积分为

  • , ,则

则对弧长的曲线积分为

2、积分曲线为空间曲线的情形

, , , 时,则

则对弧长的曲线积分为

【注】 为弧微分 ,弧长大于0,所以以上的定积分计算式中一定有积分下限小于积分上限
三、对弧长的曲线积分物理应用建模思路

借助于积分模型构建的元素法和具体步骤,即:

分割取近似,作和求极限

容易得到曲线型物件关于质心、转动惯量与引力的计算模型:

  • 对于平面曲线,只要将二重积分中相应的模型中的积分符号换成一个,积分区域 换成积分曲线 ,面积微元 换成弧微分 即可.

  • 对于空间曲线,只要将三重积分中相应的模型中的积分符号换成一个,积分区域 换成积分曲线 ,体积微元 换成弧微分 即可。

四、对弧长的曲线积分的一般计算思路与步骤

关于对弧长的曲线积分,不管积分曲线是平面曲线还是空间曲线,其基本计算方法可以统一归结如下几个步骤:

第一步:被积函数定义在积分曲线上,可以借助描述积分曲线的等式简化,转换积分模型

第二步:考察积分曲线的对称性(平面曲线关于坐标轴、空间曲线关于坐标面的对称性以及轮换对称性),借助“偶倍奇零”和轮换被积函数变量简化、转换积分模型,简化积分计算. 平面曲线上对弧长的曲线积分性质与二重积分一样;空间曲线上对弧长的曲线积分计算性质与三重积分一样.

【注】 第一步、第二步没有绝对先后顺序,也不一定非要考虑。

第三步:写出积分曲线的参数方程,并写出相应的参变量取值范围。

第四步:将弧微分写成参变量微分表达式。

第五步:将参数表达式和弧微分直接代入被积表达式,以参变量的取值范围的左端点为积分下限,以右端点为积分上限,将对弧长的曲线积分写成定积分表达式(积分下限一定小于积分上限).

第六步:利用定积分的计算方法计算定积分.

【注】 如果积分曲线是由分段光滑的曲线构成,并且不能用一个统一的参数方程来描述的话,则要对积分曲线进行分段,如 ,对于每一段使用以上的计算方法进行计算,然后基于积分对积分曲线段的可加性,有


    参考课件

    【注】课件中例题与练习参考解答请参见对应的后续推文,直接点击文首的话题“曲线积分与曲面积分内容总结、课件、典型例题与练习”查看该章节内容列表!


    相关推荐

    ● 高等数学、线性代数、概率统计、数学分析、高等代数等课程完整推送内容参见公众号底部菜单 高数线代 下的各选项,主要内容包括各章节内容总结、课件,题型、知识点与典型题分析、典型习题讲解、知识点扩展与延伸和单元测试题等!

    ● 历届考研真题及详细参考解答浏览 考研帮助 菜单中 考研指南真题练习 选项

    ● 全国、省、市、校竞赛真题、模拟试卷请参见公众号底部  竞赛实验   竞赛试题与通知  选项

    本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
    打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
    猜你喜欢
    类似文章
    定积分可以求平面曲线的弧长,二重积分可以求空间曲面的面积
    大学高等数学: 第四章第五讲定积分的几何应用
    曲线弧微分和曲率
    通俗演义微积分基本定理和公式的推导
    多元积分微分学|全微分形式不变性 + 经典例题:(36~40)
    由入门到精通----吃透PID
    更多类似文章 >>
    生活服务
    热点新闻
    分享 收藏 导长图 关注 下载文章
    绑定账号成功
    后续可登录账号畅享VIP特权!
    如果VIP功能使用有故障,
    可点击这里联系客服!

    联系客服