曲线积分的意义

曲线积分

第一类曲线积分

第一类曲线积分用来求一个曲线物体的质量.
当物体的密度是一个常值时,只需要将密度乘以弧长就可以得到质量.
当物体的密度不均匀时,我们将密度表示为函数$f$,并对函数在曲线上积分,称为第一类曲线积分或者对弧长的曲线积分,记为$\int_Cf(x,y)\mathtt{d}s$,即

$$
\int_Cf(x,y)\mathtt{d}s=\lim_{\lambda\to{0}}\sum_{i=1}^nf(\xi_i,\eta_i)\Delta{s_i}
$$

其中$f(x,y)$称为被积函数,$C$称为积分曲线,$\mathtt{d}s$称为弧微分.

我们可以把这个概念扩展到三维空间或者更高维的空间中:

$$
\int_Cf(x,y,z)\mathtt{d}s=\lim_{\lambda\to{0}}\sum_{i=1}^nf(\xi_i,\eta_i,\zeta_i)\Delta{s_i}
$$

第二类曲线积分

和第一类曲线积分不同,第二类曲线积分可以用来表示变力沿曲线做的功,是有方向的.
第二类曲线积分记为:

$$
\int_CP(x,y)dx+Q(x,y)dy\quad或\quad\int_C\boldsymbol{F}(x,y)·\mathtt{d}\boldsymbol{r}
$$

特别地,还可以有对某个方向的曲线积分

沿曲线$C$对坐标$x$的曲线积分

$$
\int_CP(x,y)dx=\lim_{\lambda\to{0}}\sum_{i=1}^nP(\xi_i,\eta_i)\Delta{x_i}
$$

沿曲线$C$对坐标$y$的曲线积分

$$
\int_CQ(x,y)dy=\lim_{\lambda\to{0}}\sum_{i=1}^nQ(\xi_i,\eta_i)\Delta{y_i}
$$

既然如此,应该还可以对一个特定的方向积分,就是不知道怎么表示.

如果曲线$C$为闭曲线,则记第二类曲线积分为

$$
\oint_CP(x,y)dx+Q(x,y)dy\quad或\quad\oint_C\boldsymbol{F}(x,y)·\mathtt{d}\boldsymbol{r}
$$