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第一型曲线积分

第一型曲线积分

定义在平面曲线或空间曲线上的函式关于该曲线的积分。第一型曲线积分物理意义来源于对给定密度函式的空间曲线,计算该曲线的质量。

定义

为平面上可求长度的曲线段,
为定义在
上的函式.对曲线
作分割
,它把分成
个可求长度的小曲线段
的弧长记为
,分割
的细度为
,在
上任取一点
, 若存在极限
且它的值与分割及点的取法无关,则称此极限
上的第一型曲线积分,记为
或者简写成
为空间上可求长度的曲线段,
为定义在
上的函式.对曲线
作分割
,它把分成
个可求长度的小曲线段
的弧长记为
,分割
的细度为
,在
上任取一点
, 若存在极限
且它的值与分割及点的取法无关,则称此极限
上的第一型曲线积分,记为
对于一般维空间中曲线,可同样给出定义。

物理意义

是平面上某一可求长度的曲线,
是其密度函式,当计算物体的质量问题时便须要第一型曲线积分.首先对
作分割,把分成n个可求长度的小曲线段
(i=1,2,…,n),并在每一个上任取一点
,由于密度函式为连续函式,故当的弧长都很小时,每一小段的质量可近似地等于
,其中
为小曲线段的长度.于是在整个上的质量就近似地等于和式
当对
的分割越来越细密时,上述和式的极限就应是该物体的质量.

性质

第一型曲线积分具有下述一些重要性质:
1).若
存在,
为常数,则
也存在,且
2).若曲线段
由曲线
首尾相接而成,且
都存在,则
也存在,且
3).若
都存在,且在
, 则
4).若
存在,则
也存在,且

第一型曲线积分的计算

设有光滑曲线
,函式
为定义在
上的连续函式,则

套用

下面给出二个常用的套用。
1) 空间曲线
的重心坐标为
2)曲线
绕z轴(x, y轴)的转动惯量是

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