D103格林公式(白底.ppt

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1、第三节一、格林公式一、格林公式 二、平面上曲线积分与路径无关的二、平面上曲线积分与路径无关的 等价条件等价条件格林公式及其应用 区域 D 分类单连通区域(无“洞”区域)多连通区域(有“洞”区域)域 D 边界L 的正向正向:域的内部靠左域的内部靠左定理定理1.设区域 D 是由分段光滑正向曲线 L 围成,则有(格林公式格林公式)函数在 D 上具有连续一阶偏导数,或一、一、格林公式格林公式证明证明:1)若D 既是 X-型区域,又是 Y-型区域,且则即同理可证、两式相加得:2)若D不满足以上条件,则可通过加辅助线将其分割为有限个上述形式的区域,如图证毕推论:正向闭曲线 L 所围区域 D 的面积格林公式

2、格林公式例如例如,椭圆所围面积例1.设 L 是一条分段光滑的闭曲线,证明证证:令则利用格林公式,得例2.计算计算其中D 是以 O(0,0),A(1,1),B(0,1)为顶点的三角形闭域.解解:令,则利用格林公式,有例3.计算计算其中L为一无重点且不过原点的分段光滑正向闭曲线.解解:令设 L 所围区域为D,由格林公式知在D 内作圆周取逆时针方向,对区域应用格记 L 和 l 所围的区域为林公式,得二、平面上曲线积分与路径无关的等价条件二、平面上曲线积分与路径无关的等价条件定理定理2.设D 是单连通域,在D 内具有一阶连续偏导数,(1)沿D 中任意光滑闭曲线 L,有(2)对D 中任一分段光滑曲线 L

3、,曲线积分(3)(4)在 D 内每一点都有与路径无关,只与起止点有关.函数则以下四个条件等价:在 D 内是某一函数的全微分,即 说明说明:积分与路径无关时,曲线积分可记为 证明证明(1)(2)设为D 内任意两条由A 到B 的有向分段光滑曲线,则(根据条件(1)证明证明(2)(3)在D内取定点因曲线积分则同理可证因此有和任一点B(x,y),与路径无关,有函数 证明证明(3)(4)设存在函数 u(x,y)使得则P,Q 在 D 内具有连续的偏导数,从而在D内每一点都有证明证明(4)(1)设L为D中任一分段光滑闭曲线,(如图),利用格林公式格林公式,得所围区域为证毕说明:根据定理2,若在某区域内则2)

4、求曲线积分时,可利用格林公式简化计算,3)可用积分法求d u=P dx+Q dy在域 D 内的原函数:及动点或则原函数为若积分路径不是闭曲线,可添加辅助线;取定点1)计算曲线积分时,可选择方便的积分路径;例4.计算计算其中L 为上半从 O(0,0)到 A(4,0).解解:为了使用格林公式,添加辅助线段它与L 所围原式圆周区域为D,则例5.验证验证是某个函数的全微分,并求出这个函数.证证:设则由定理2 可知,存在函数 u(x,y)使。例6.验证验证在右半平面(x 0)内存在原函数,并求出它.证证:令则由定理定理 2 可知存在原函数或例7.设质点在力场设质点在力场作用下沿曲线 L:由移动到求力场所

5、作的功W解解:令则有可见,在不含原点的单连通区域内积分与路径无关.思考思考:积分路径是否可以取取圆弧为什么？注意,本题只在不含原点的单连通区域内积分与路径无关!解解因此，积分与路径无关。因此，积分与路径无关。则则 P，Q 在全平面上有在全平面上有连续的一阶偏导数，且连续的一阶偏导数，且全平面是单连通域。全平面是单连通域。取一简单路径：取一简单路径：L1+L2.因此，积分与路径无关。因此，积分与路径无关。全平面是单连通域。全平面是单连通域。解解因此，积分与路径无关。因此，积分与路径无关。则则 P，Q 在全平面上有连续的在全平面上有连续的一阶偏导数，且一阶偏导数，且全平面是单连通域。全平面是单连通

6、域。因此，积分与路径无关。因此，积分与路径无关。全平面是单连通域。全平面是单连通域。取一简单路径：取一简单路径：L1+L2.内容小结1.格林公式2.等价条件在 D 内与路径无关.在 D 内有对 D 内任意闭曲线 L 有在 D 内有设 P,Q 在 D 内具有一阶连续偏导数,则有思考与练习1.设且都取正向,问下列计算是否正确?提示提示:2.设设提示提示:备用题 1.设设 C 为为沿沿从点依逆时针的半圆,计算解解:添加辅助线如图,利用格林公式.原式=到点2.质点质点M 沿着以沿着以AB为直径的半圆为直径的半圆,从从 A(1,2)运动运动到到点B(3,4),到原点的距离,解解:由图知 故所求功为锐角,其方向垂直于OM,且与y 轴正向夹角为求变力 F 对质点M 所作的功.(90考研)F 的大小等于点 M 在此过程中受力 F 作用,