Криволинейные интегралы Поверхностные интегралы

 

Криволинейные интегралы 1-го рода

Определение, существование

Свойства криволинейного интеграла 1-го рода

Криволинейные интегралы 2-го рода

Определение, существование

Свойства криволинейного интеграла 2-го рода

Связь с интегралом 1-го рода

Формула Грина

Условия независимости интеграла второго рода от пути интегрирования

Поверхностные интегралы 1-го рода

Вычисление площади поверхности, заданной параметрически

Определение поверхностного интеграла 1-го рода

Существование и вычисление интеграла 1-го рода

Поверхность задана параметрически

Простейшие свойства интегралов первого рода

Поверхностные интегралы 2-го рода

Определение поверхностного интеграла 2-го рода

Существование и вычисление поверхностного интеграла 2-го рода

Связь с интегралом 1-го рода

Простейшие свойства поверхностного интеграла 2-го рода

Формула Стокса

Общий случай

Условия независимости криволинейного интеграла от пути интегрирования

Формула Остроградского Гаусса

Пример

 

Колоколообразный импульс.

 , . Этот импульс совпадает по форме с графиком нормального (гауссовского) закона распределения вероятностей и называется также гауссовским импульсом. Колоколообразный импульс и его спектральная плотность изображены на рис. 22.

 

 

 0 t w

 Рис. 22

 Будем находить спектральную плотность данного импульса. По формуле (24) имеем

 .

 Для вычисления интеграла удобно в подынтегральной функции дополнить показатель степени до квадрата суммы

  ,

где величина d определяется из условия 

 

 , т.е. .

Таким образом, выражение для  приводится к виду

 

 .

Перейдем к новой переменной , получим

 .

Так как , то окончательно , где ,

.

  Полученный результат имеет важное значение для теории сигналов. Оказывается, что гауссовский импульс и его спектр выражаются одинаковыми функциями и обладают свойством симметрии: для получения одной из них по заданной другой достаточно совершить замену t на  и наоборот.

 

 

Волновой цуг. Так называют функцию, определяемую равенством:

 
 

 

 

  t

 Рис. 23

График функции представлен на рис. 23.

Рассматриваемый сигнал играет в теории связи большую роль. Находим его спектральную плотность.

.

 

 

Пример: Найти длину окружности радиуса R. (рис 3)[5]

Решение:


Найдем ј часть ее длины от точки (0;R) до точки (R;0). Так как y = , јL =  dx = R arcsin = R .

Рис 3

 
 


Значит L = 2R. 

Полярные координаты

 Пусть кривая AB задана уравнением в полярных координатах r = r(),  . Предположим, что r() и r() непрерывны на отрезке [].

 Если в равенствах x = r cos, y = r sin, связывающих полярные и декартовы координаты, параметром считать угол , то кривую AB можно задать параметрически  

Тогда

Поэтому

   =  =

 

Применяя формулу L = , получаем

 L =

 

 

 

 

Пример: Найти длину кардиоиды r = a(1 + cos).

 


Решение: Кардиоида r = a(1 + cos) симметрична относительно полярной оси. Найдем половину

 (рис 4) длины кардиоиды:

Ѕ L =  = a  = a  = 2a cos d = 4a sin = 4a.

 

 

 

Вычисление объема тела

Формула объема тела по площади параллельных сечений

Пример: Найти объем эллипсоида  (рис 6)[5]

Рис 6

 

Решение: Рассекая эллипсоид плоскостью, параллельной плоскости OYZ и на расстоянии х от нее (-a≤ x≤ b.), получим эллипс

Площадь этого эллипса равна S(x) = bc(1 - ). Поэтому, по формуле имеем

V = bc(1 - )dx = abc.

 

 

Объем тела вращения

Пусть вокруг оси Ох вращается криволинейная трапеция, ограниченная непрерывной линией у = f(х) ≥ 0, отрезком а ≤ х ≤ b и прямыми х = а и х = b (рис 7). Полученная от вращения фигура называется телом вращения. Сечение этого тела плоскостью, перпендикулярной оси Ох, проведенной через произвольную точку х оси Oх), есть круг с радиусом у = f(х). Следовательно,

S(x)=y.

Применяя формулу V = S(x) dx объема тела по площади

параллельных сечений, получаем

V = ydx.

Если криволинейная трапеция ограничена графиком непрерывной функции x = (x) ≥ 0 и прямыми x = 0, y = c, y = d (c <

Подпись: Рис 7d), то объем тела, образованного вращением этой трапеции вокруг оси Оу, по аналогии с формулой V = S(x) dx, равен

V =xdy.

Высшая математика Лекции, конспекты, курсовые, примеры решения задач