曲线积分总结
1.高手总结总结一下二重积分,三重积分,还有曲线积分,曲面积分它们
我之前回答过,也有一份存档。
满意请采纳,都是自己的经验。我从头说起吧,从基本的一元积分说到第二类曲面积分。
关于重积分的算法:一重积分(定积分):只有一个自变量y = f(x) 当被积函数为1时,就是直线的长度(自由度较大) ∫(a→b) dx = L(直线长度) 被积函数不为1时,就是图形的面积(规则) ∫(a→b) f(x) dx = A(平面面积) 另外,定积分也可以求规则的旋转体体积,分别是 盘旋法(Disc Method):V = π∫(a→b) f²(x) dx 圆壳法(Shell Method):V = 2π∫(a→b) xf(x) dx 计算方法有换元积分法,极坐标法等,定积分接触得多,不详说了 ∫(α→β) (1/2)[A(θ)]² dθ = A(极坐标下的平面面积) 二重积分:有两个自变量z = f(x,y) 当被积函数为1时,就是面积(自由度较大) ∫(a→b) ∫(c→d) dxdy = A(平面面积) 当被积函数不为1时,就是图形的体积(规则)、和旋转体体积 ∫(a→b) ∫(c→d) dxdy = V(旋转体体积) 计算方法有直角坐标法、极坐标法、雅可比换元法等 极坐标变换:{ x = rcosθ { y = rsinθ { α ≤ θ ≤ β、最大范围:0 ≤ θ ≤ 2π ∫(α→β) ∫(h→k) f(rcosθ,rsinθ) r drdθ 三重积分:有三个自变量u = f(x,y,z) 被积函数为1时,就是体积、旋转体体积(自由度最大) ∫(a→b) ∫(c→d) ∫(e→f) dxdydz = V(旋转体体积) 当被积函数不为1时,就没有几何意义了,有物理意义等 计算方法有直角坐标法、柱坐标切片法、柱坐标投影法、球面坐标法、雅可比换元法等 极坐标变化(切片法):{ x = rcosθ { y = rsinθ { z = z { a ≤ z ≤ b { 0 ≤ r ≤ z₁ { α ≤ θ ≤ β、最大范围:0 ≤ θ ≤ π ∫(a→b) ∫(α→β) ∫(0→z₁) f(rcosθ,rsinθ,z) r drdθdz 特别地,当f(x,y,z)可表达为f(z)时、有∫∫∫Ω dxdydz = ∫(a→b) f(z) [∫∫Dz dxdy] dz = ∫(a→b) f(z)(横截面Dz的面积) dz 横截面Dz的面积的表达式是关于z的函数。极坐标变化(柱坐标):{ x = rcosθ { y = rsinθ { z = z { h ≤ r ≤ k { α ≤ θ ≤ β、最大范围:0 ≤ θ ≤ 2π ∫(α→β) ∫(h→k) ∫(z₁→z₂) f(rcosθ,rsinθ,z) r dzdrdθ 极坐标变化(球坐标):{ x = rsinφcosθ { y = rsinφsinθ { z = rcosφ { h ≤ r ≤ k { a ≤ φ ≤ b、最大范围:0 ≤ φ ≤ π { α ≤ θ ≤ β、最大范围:0 ≤ θ ≤ 2π ∫(α→β) ∫(a→b) ∫(h→k) f(rsinφcosθ,rsinφsinθ,rcosφ) r²sin²φ drdφdθ 重积分都可以利用对称性来化简:对于一重积分:若被积函数关于y轴对称。
则∫(- a→a) f(x) dx = {0,若f(x)关于x是奇函数 {2∫(- a→a) f(x) dx,若f(x)关于x是偶函数 若被积函数关于x轴对称。则∫(- b→b) f(y) dy = {0,若f(y)关于y是奇函数 {2∫(- b→b) f(y) dy,若f(y)关于y是偶函数 对于二重积分:若被积函数关于y轴对称。
则∫∫D f(x,y) dxdy = {0,若f(x,y)关于x是奇函数 {2∫∫D₁ f(x,y) dxdy,若f(x,y)关于x是偶函数,D₁是第一挂限 若被积函数关于x轴对称。则∫∫D f(x,y) dxdy = {0,若f(x,y)关于y是奇函数 {2∫∫D₁ f(x,y) dxdy,若f(x,y)关于y是偶函数,D₁是第一挂限 特别地,当积分区域是关于两个坐标轴都对称时。
而被积函数也是偶函数。则有∫∫D x² dxdy = ∫∫D y² dxdy = (1/2)∫∫D (x² + y²) dxdy 对于三重积分:若积分域Ω关于zox面对称。
则∫∫∫Ω f(x,y,z) dxdydz = {0,若f(x,y,z)关于x是奇函数 {2∫∫Ω₁ f(x,y,z) dxdydz,若f(x,y,z)关于x是偶函数,Ω₁是第一挂限 若积分域Ω关于yoz面对称。则∫∫∫Ω f(x,y,z) dxdydz = {0,若f(x,y,z)关于y是奇函数 {2∫∫Ω₁ f(x,y,z) dxdydz,若f(x,y,z)关于y是偶函数,Ω₁是第一挂限 若积分域Ω关于xoy面对称。
则∫∫∫Ω f(x,y,z) dxdydz = {0,若f(x,y,z)关于z是奇函数 {2∫∫Ω₁ f(x,y,z) dxdydz,若f(x,y,z)关于z是偶函数,Ω₁是第一挂限 特别地,当积分区域是关于三个坐标轴都对称时。而被积函数也是偶函数。
则有∫∫∫Ω x² dV = ∫∫∫Ω y² dV = ∫∫∫Ω z² dV = (1/3)∫∫∫Ω (x² + y² + z²) dV 所以越上一级,能求得的空间范围也越自由,越广泛,但也越复杂,越棘手,而 且限制比上面两个都少,对空间想象力提高了。重积分能化为几次定积分,每个定积分能控制不同的伸展方向。
又比如说,在a ≤ x ≤ b里由f(x)和g(x)围成的面积,其中f(x) > g(x) 用定积分求的面积公式是∫(a→b) [f(x) - g(x)] dx 但是升级的二重积分,面积公式就是∫(a→b) dx ∫(g(x)→f(x)) dx、被积函数变为1了 用不同积分层次计算由z = x² + y²、z = a²围成的体积?一重积分(定积分):向zox面投影,得z = x²、令z = a² --> x = ± a、采用圆壳法 V = 2πrh = 2π∫(0→a) xz dx = 2π∫(0→a) x³ dx = 2π • (1/4)[ x⁴ ] |(0→a) = πa⁴/2 二重积分:高为a、将z = x² + y²向xoy面投影得x² + y² = a² 所以就是求∫∫(D) (x² + y²) dxdy、其中D是x² + y² = a² V = ∫∫(D) (x² + y²) dxdy = ∫(0→2π) dθ ∫(0→a) r³ dr、这步你会发觉步骤跟一重定积分一样的= 2π • (1/4)[ r⁴ ] |(0→a) = πa⁴/2 三重积分:旋转体体积,被积函数是1,直接求可以了 柱坐标切片法:Dz:x² + y² = z V = ∫∫∫(Ω) dxdydz= ∫(0→a²) dz ∫∫Dz dxdy= ∫(0→a²) πz dz= π • [ z²/2 ] |(0→a²)= πa⁴/2 柱坐标投影法:Dxy:x² + y² = a² V = ∫∫∫(Ω) dxdydz= ∫(0→2π) dθ ∫(0→a) r dr ∫(r²→a²) dz= 2π • ∫(0→a) r • (a² - r²) dr= 2π • [ a²r²/2 - (1/4)r⁴ ] |(0→a)= 2π • [ a⁴/2 - (1/4)a⁴ ]= πa⁴/2 三重积分求体积时能用的方法较多,就是所说的高自由度。关于曲线积分和曲面积分的算法:如果再学下去的话,。
2.关于曲线曲面积分的学习方法
首先仔仔细细的看一下那四类积分,把那些积分公式写下来,然后尽量直观的理解一下,比如对坐标的曲线积分以及对弧长的曲线积分,前者可以理解为力的做功,后者理解为已知曲线密度,求曲线质量,这样有了理解之后对公式的记忆会有帮助的,要不然会很乱。
理解了公式之后,就可以运用一些对称性了,那些对称性的公式也要理解,并不是硬背的,什么关于x是偶函数,关于y是奇函数,积分是两倍还是为0这点也很重要,陈文登的书上面好像都总结了。然后理解公式以后就到教科书上找相应的例子巩固一下,同济第五版的高等数学,上面的例题很简单,并且也把知识点包含进去,所以是个很不错的教材。
第一是要理解公式,不要看到公式不知道什么含义,或者记不起公式,这就是前面说的按其物理含义直观去理解记牢。找一些相关题目做一做,同时在坐标的曲线积分和坐标的曲面积分中,特别要注意你所考虑的曲线或曲面的方向。曲面一般是朝Z轴方向为正,即与Z轴的正方向夹角小于90度时为正,反之为负。找一些典型题目做一做,自己也总结一下,如果积分区域是对称的话,尽量考虑应用对称性。
设Σ为光滑曲面,函数f(x,y,z)在Σ上有定义,把Σ任意地分成n个小曲面Si,其面积设为ΔSi,在每个小曲面Si上任取一点(Xi,Yi,Zi) 作乘积f(Xi,Yi,Zi)ΔSi,并求和Σf(Xi,Yi,Zi)ΔSi,记λ=max(ΔSi的直径) , 若Σf(Xi,Yi,Zi)ΔSi当λ→0时的极限存在,且极限值与Σ的分法及取点(Xi,Yi,Zi)无关,则称极限值为f(x,y,z)在Σ上对面积的曲面积分,也叫做第一类曲面积分。即为∫∫f(x,y,z)dS;其中f(x,y,z)叫做被积函数,Σ叫做积分曲面,dS叫做面积微元。
3.关于曲线曲面积分的学习方法
我也从考研路上过来,也深有体会,不过大概的方法还是知道一些,希望我说的对你有所帮助。
首先仔仔细细的看一下那四类积分,把那些积分公式写下来,然后尽量直观的理解一下,比如对坐标的曲线积分以及对弧长的曲线积分,你要明白什么意思,前者可以理解为力的做功,后者理解为已知曲线密度,求曲线质量,这样有了理解之后对公式的记忆会有帮助的,要不然会很乱。理解了公式之后,就可以运用一些对称性了,那些对称性的公式也要理解,并不是硬背的,什么关于x是偶函数,关于y是奇函数,积分是两倍还是为0这点也很重要,我用的是陈文登的书,上面好像都总结了,别的书我不知道。然后理解公式以后就到教科书上找相应的例子巩固一下,我用的是同济第五版的高等数学,上面的例题很简单,并且也把知识点包含进去,所以是个很不错的教材。
我觉得第一是你要理解公式,不要看到公式不知道什么含义,或者问你了你却记不起公式,这就是前面说的按其物理含义直观去理解记牢。找一些相关题目做一做,同时在坐标的曲线积分和坐标的曲面积分中,特别要注意你所考虑的曲线或曲面的方向。曲面一般是朝Z轴方向为正,即与Z轴的正方向夹角小于90度时为正,反之为负。找一些典型题目做一做,自己也总结一下,如果积分区域是对称的话,尽量考虑应用对称性。
说了那么多,希望我说的对你有所帮助,祝你考研成功!!!还有什么问题,你也可以单独问我,也许我还能给你一些帮助……