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1、数学分析（1，2，3）教案1 第一类曲线积分的计算 设函数在光滑曲线上有定义且连续，的方程为则。特别地，如果曲线为一条光滑的平面曲线，它的方程为，那么有。例：设是半圆周, 。求。 例：设是曲线上从点到点的一段，计算第一类曲线积分。 例：计算积分，其中是球面被平面截得的圆周。例：求，此处为连接三点，的直线段。2 第一类曲面积分的计算 一 曲面的面积（1）设有一曲面块，它的方程为。具有对和的连续偏导数，即此曲面是光滑的，且其在平面上的投影为可求面积的。则该曲面块的面积为。（2）若曲面的方程为令，则该曲面块的面积为。例：求球面含在柱面内部的面积。例：求球面含在柱面内部的面积。二 化第一类曲面积分为二
2、重积分（1）设函数为定义在曲面上的连续函数。曲面的方程为。具有对和的连续偏导数，即此曲面是光滑的，且其在平面上的投影为可求面积的。则。（2）设函数为定义在曲面上的连续函数。若曲面的方程为令，则。例：计算，是球面，。例：计算，其中为螺旋面的一部分：。注：第一类曲面积分通过一个二重积分来定义，这就是为什么在第一类曲面积分中用“二重积分符“的原因。例：I=，是球面，球心在原点，半径为。 3 第二类曲线积分一 变力做功和第二类曲线积分的定义1.力场沿平面曲线从点A到点B所作的功。先用微元法，再用定义积分的方法讨论这一问题，得 。2. 第二型曲线积分的定义 定义1 设是一条光滑或逐段光滑曲线，且设是定义
3、在上的有界函数，将沿确定方向从起点开始用分点分成个有向弧段，直至终点。且设。在每一弧段 上任取一点，作和式：。其中为起点，为终点。设，这里表示有向线段的长度。若当时，和有极限，且它与的分法无关，也与点的选择无关，则称为沿曲线按所述方向的第二类曲线积分，记作 或 。注：如果向量，则向量沿曲线按一定方向的第二类曲线积分为。注：第二类曲线积分是与沿曲线的方向有关的。这是第二类曲线积分的一个很重要性质，也是它区别于第一类曲线积分的一个特征。注：在平面情况下，若一人立在平面上沿闭路循一方向作环行时，如闭路所围成的区域靠近这人的部分总在他的左方，则这个方向就算作正向，否则就算作负向。这时只要方向不变，曲线
4、积分的值是与起点的位置无关的。二 第二类曲线积分的计算设曲线自身不相交，其参数方程为：。且设是光滑的。设当参数从调地增加到时，曲线从点按一定方向连续地变到点。设函数定义在曲线上，且设它在上连续。则。 （*）注：（*）积分下限必须对应积分所沿曲线的起点，上限必须对应终点。注：如果向量，则向量沿曲线按一定方向的第二类曲线积分为例：计算积分, L的两个端点为A( 1, 1 ) , B( 2 , 3 ). 积分从点A到点B或闭合, 路径为（1）直线段AB ；（2）抛物线；（3）折线闭合路径A( 1, 1 )D( 2 , 1 ) B( 2 , 3 ) A( 1, 1 )。. 例：计算积分, 这里L :
5、（1）沿抛物线从点O( 0 , 0 )到点B( 1 , 2 )；（2）沿直线从点O( 0 , 0 )到点B( 1 , 2 )；（3）沿折线封闭路径O(0,0) A(1,0 ) B(1,2 ) O(0,0). 例：计算第二型曲线积分I = , 其中L是螺旋线，从到的一段。三 两类曲线积分的联系 第一类曲线积分与第二类曲线积分的定义是不同的，由于都是沿曲线的积分，两者之间又有密切联系。两者之间的联系式为 例：证明：对于曲线积分的估计式为。利用这个不等式估计：并证明。例：设平面区域有一条连续闭曲线所围成，区域的面积设为，推导用曲线积分计算面积的公式为：。4 第二类曲面积分一 曲面的侧的概念1单侧曲面
6、与双侧曲面在实际生活中碰到的都是双侧曲面，至于单侧曲面也是存在的，牟彼乌斯带就是这类曲面的一个典型例子。2曲面的上侧和下侧，外侧和内侧双侧曲面的定向: 曲面的上、下侧，左、右侧，前、后侧. 设法向量为 ,则上侧法线方向对应第三个分量, 即选“+”号时，应有，亦即法线方向与轴正向成锐角. 类似确定其余各侧的法线方向. 封闭曲面分内侧和外侧.二 第二类曲面积分的定义先讨论由显式方程 表示的无重点的光滑曲面,并设在平面上的投影为边界由逐段光滑曲线所围成的区域。设选定了曲面的一侧，从而也确定了它的定向。 现在将有向曲面以任何方法分割为小块。设为在平面上的投影，从而也得到区域的一个相应分割。如果取的是上
7、侧，这时所有算作正的。如取下侧，这时所有算作负的。设有界函数定义在上，在每一小块任取一点，作和式其中表示的面积。由上述所见，是带有符号的，它们的符号是由所选的侧来决定的。设为的致敬，记。若当时，有确定的极限，且与曲面分割的方法无关，也点的选择无关，则称为沿曲面的所选定的一侧上的第二类曲面积分，记为。注：有时也会碰到几个积分连在一起的情形，例如：。注：如果沿曲面的另一侧积分，则所得的值应当变号。三 两类曲面积分的联系及第二类曲面积分的计算 第二型曲面积分与第一型曲面积分的关系设为曲面的指定法向, 则. 定理1 设是定义在光滑曲面D上的连续函数, 以的上侧为正侧(即), 则有 .类似地, 对光滑曲
8、面D, 在其前侧上的积分 .对光滑曲面 D, 在其右侧上的积分 .计算积分时, 通常分开来计算三个积分 , , .为此,分别把曲面投影到YZ平面, ZX平面和XY平面上化为二重积分进行计算.投影域的侧由曲面的定向决定. 推论 设,是定义在光滑曲面D上的连续函数,则有 =曲面的方向为上侧, 则等式前取“”号; 曲面的方向为下侧, 则等式前取“”号.例：计算积分,其中是球面 在部分取外侧。 例：计算积分，为球面取外侧. 解： 对积分, 分别用和记前半球面和后半球面的外侧, 则有 : ; : .因此, =+ . 对积分, 分别用和记右半球面和左半球面的外侧, 则有 : ; : .因此, + . 对积分, 分别用和记上半球面和下半球面的外侧, 则有 : ; : .因此, =+ .综上, =. 21-8
