对于积分,首先要有微元法的思想,先简单地引入定积分定义来源:分割-做乘积-求和-取极限。而微元法思想,一直贯穿考研数学的核心,即使到后面的概率论中求概率密度和分布函数,如何判断积分区域是x型还是y型,依然需要用微元法的思想。万物皆可微。,
对于变换“元”的方法有哪些呢?
时间“元”与空间“元”,点元-线元-面元-体元,均匀-非均匀,直线-曲线。对于极坐标系还有角“元”和弧“元”等等。
其实很简单,你只要看积分区域:1:如果该区域一个x对应了几个y,那么为x型区域;2:如果该区域一个y对应了几个x,那么为y型区域;3:如果一个区域既有x型又有y型,则需分开考虑.
根据题目明确对何种元素进行分割?是把曲线分割成很多个一小段,还是把块切成很多个一小薄片?先把分割后某一点处的微元表示出来,然后积分区域累加,最后选用合适方法计算所表示出来的积分。
在x轴上任取一点x,过该点作一条垂直于x轴的直线去穿区域,与D的边界曲线之交点不多于两个,即一进一出,此区域为X型区域。类似的,在y轴上任取一点y,过该点作一条垂直于y轴的直线去穿区域,与D的边界曲线之。
第一型第二型曲线积分依然要运用微元法的思想。
1.对于第一型曲线积分,其物理意义是求曲线杆的质量,几何意义是对弧长的曲线积分。
定义和性质如下:
基本计算方法:直接法、利用奇偶性、利用对称性、利用形心坐标
就可按y型区域求面积(积分),如果都满足,就选一个好求积分的;如果只有一个满足,就选这种求积分;如果都不满足,就从交点处分成两块区域再求积分.这道题可以用X型算,但不如用Y型简单。
对于(3)把θ看成参数。
4.利用形心,纵坐标或横坐标比较明显的情况下,分母表示L的周长容易求的情况下,考虑此法。
有关第一型曲线积分的题型一般用上述四种方法即可求解,比较简单。
2.对于第二型曲线积分,其物理意义是变力沿曲线做功。
由于是变力(有大小也有方向)和曲线,所以在计算过程中要注意方向。相对于第一型曲线积分是对弧长(只有正)的线积分,而第二型曲线积分则是对坐标(有正有负)的线积分。
第二型曲线积分定义和性质如下:
y的积分范围?呵呵,D的区域先画出来 第一条是Y轴 第二条是Y=1直线 第三条是Y=X直线 画出来之后,就发现三条直线围成一个三角形(画上阴影)三角形里面X的范围就是0到1(阴影最坐端的X值,阴影最右端的X值)然后确定。
计算方法有如下几种,具体题目依据其已知情况选用组合不同方法。
所谓的X型就是外层积分是对X积分,Y型就是外层积分是对Y积分。在直角坐标系下计算二重积分的关键是将二重积分转化为累次积分,累次积分的次序是根据积分区域和被积函数来确定的。二重积分是二元函数在空间上的积分,同定积。
【直接法是通过变量参数化后计算定积分,起点为下限,终点为上限】
【注:使用格林公式需要:L需要满足光滑封闭正向曲线,正向:如果是单连通区域,逆时针为曲线正向,如果是复连通区域,则外圈逆时针,内圈顺时针。总而言之,内圈外圈都要满足你在“跑步时”,左手是靠在积分区域内侧。可以画图理解:箭头方向为正方向,左手均靠在区域(阴影部分)内侧。 P(x,y),Q(x,y)在区域内有一阶连续偏导数,即区域内没有瑕点(无定义点),满足以上两个条件才能用格林公式。如果:曲线非闭合,则补线闭合后再用格林公式,如果存在瑕点,则挖去瑕点变成复连通区域再用格林公式】
【注:两类曲线积分的联系,需要求有向曲线弧在某点处的切向量的方向角cosα=正负(dx/dt)/((根号下dx+dy)/dt),计算量大,一般不用此法】
通过积分区域进行区分:1、如果该区域一个x对应了多个y,那么为x型区域;2、如果该区域一个y对应了多个x,那么为y型区域;3、如果一个区域既有x型又有y型,则需分开考虑。注意:大多数二重积分问题用x型或y型都是可以。
典型例题:例1,利用积分与路径无关。
两种解法如下,第一种解法简要变换路径亦有两种。
解法二如下:
例2、利用格林公式以及补线用格林公式