各类重积分 | 二重积分、三重积分、线面积分 —— 大总结



各类重积分 | 二重积分、三重积分、线面积分 —— 大总结

零、总结

注:什么时候可以带入边界方程?

二重积分、三重积分不可以用代入法;曲线积分,曲面积分是可以用的.
一般来讲,重积分(无论是二重/三重的)都不能把区域方程代入被积函数;
曲线/曲面积分(无论是第一类/第二类)都能把曲线/曲面方程代入被积函数.
所以说,当你利用格林公式或斯托克斯公式以后,要注意,这时候就不能用代入法

二重积分三重积分是对一个区域积分,其方程是指这个区域的边界而不是表达式。线积分和面积分是对一个线或面积分,给出的方程,积分里的每一个点都符合该方程,所以可以代入。

 

1、各类积分起源

定积分的概念从计算“曲边梯形的面积”等问题引入
二重积分从计算“曲顶柱体体积”引入
三重积分则是从求“三维空间中的有界物体的质量”引入的
第一类曲线积分从求“物质曲线的质量”中引入
第二类曲线积分从计算“力场做功问题”引入
第一类曲面积分从求“物质曲面质量问题”引入
第二类曲面积分则是从“讨论流量问题”引入

2、各类积分之间的关系

 定积分、重积分、线积分、面积分之间的关系

 牛顿莱布尼兹公式、格林公式、高斯公式、斯托克斯公式之间的关系


一、二重积分(曲顶柱体体积,平面薄片质量)

1、二重积分的定义

设是定义在平面有界闭区域D上的有界函数,则

 

 

 

定积分二重积分
区间内一点函数值乘小区间长度区域内一点函数值乘小区域面积
定积分是一个和式的极限二重积分是一个和式的极限
用定积分定义求和式的极限会考用二重积分定义求和式极限不会考

 

2、二重积分的几何意义

设 ,则曲顶柱体的体积

3、二重积分的物理意义

 

4、性质

5、对称性

① 奇偶性

 ② 轮换对称性

6、计算

①直角坐标系下

 

② 二重积分的换元法

③极坐标系


二、三重积分(几何体质量)

1、定义

2、物理含义

 

3、对称性

 ①奇偶对称性

②轮换对称性

4、性质

5、计算

①投影法(先一后二)

②切片法(先二后一)

③三重积分的换元法(大纲不做要求)

④柱面坐标法

⑤球面坐标法

6、应用(体积、质心坐标、转动惯量)

 


 三、第一类曲线积分(光滑曲线的质量,对弧长的积分)

1、定义

2、物理含义

3、对称性

4、性质

5、计算

6、应用(弧长、曲线质心坐标、转动惯量)


四、第一类曲面积分(曲面质量、可求曲面面积)

1、定义

2、物理含义

 dS是什么?

3、几何含义

4、性质

5、对称性

①奇偶对称性

② 轮换对称性

6、计算 (投影算二重积分)

 

7、应用(曲面面积、曲面质心坐标、转动惯量)


五、第二类曲线积分(做功)

 1、变力沿曲线做功

2、定义

 

3、性质

 

 4、两类曲线积分的关系

 

 

 5、对称性

① 奇偶对称性

 

 

个人认为实际上就是看做功方向与大小正负是否抵消。

 6、第二类曲线积分的计算公式(参数化,起对起 终对终)

 7、格林公式 ※※※❤(沿有向闭曲线积分)

①区域

 ②公式(对单连通和复连通均成立)

 8、平面上曲线积分与路径无关的条件(单连通)

9、全微分方程

 

 

10、平面第二类曲线积分问题总结


 六、第二类曲面积分(流量)

1、定义

 2、性质

3、 两类曲面的关系

 

 

4、对称性

5、计算

①投影法(算二重,注意正负号)

 【说明】第二类曲面积分的计算与第一类曲面积分相比,有相同点,也有不同点:

②转换公式法

 

③高斯公式法(单连通、复连通均成立)

6、斯托克斯公式


1、向量场的散度

①通量

 ②散度

③散度在直角坐标系下的的计算

 ④散度的运算法则

 2、向量场的旋度

①环量

 ②环量密度

 ③环量密度的计算

 

 ④旋度

⑤旋度的运算法则

 

 3、几种特殊的场

 


参考来源

多元微积分——曲线、曲面积分的几何、物理意义,以及积分间的联系 - 知乎

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