Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Условия независимости криволинейного интеграла от пути интегрирования на плоскости



Лекция 4

Тема: Формула Грина. Условия независимости криволинейного интеграла от пути интегрирования.

Формула Грина.

Формула Грина устанавливает связь между криволинейным интегралом по замкнутому контуру Г на плоскости и двойным интегралом по области, ограниченной данным контуром.

Замкнутый контур Г мы будем считать кусочно-гладким и без самопересечений.

Криволинейный интеграл по замкнутому контуру Г обозначается символом Замкнутый контур Г начинается в некоторой точке В этого контура и заканчивается в точке В. Интеграл по замкнутому контуру не зависит от выбора точки В.

Определение 1. Обход контура Г считается положительным, если при обходе контура Г область D остаётся слева. Г+ - контур Г обходится в положительном направлении, Г - - контур обходится в отрицательном направлении.

Г+
D

Теорема. Если P(x,y) и Q(x,y) непрерывны вместе со своими частными производными в ограниченной замкнутой области D, то справедлива формула Грина:

Где Г=

Г+ означает, что контур Г обходится в положительном направлении.

Доказательство. Доказательство проведем для односвязной области D, т.е. Г= состоит из одного замкнутого контура. При этом вначале будем предполагать, что любая прямая параллельная оси 0Х или 0Y пересекает Г не более, чем в двух точках.

 

X
Y
 
c
d
X= x1(y)
X= x2(y)  
a
b
B
C
Y= y2(x)  
Y= y1(x)  
m
n
Рассмотрим двойной интеграл

.

 

(1)

 

Аналогично доказывается, что:

(2)

Из равенств (1) и (2) получаем:

 

Следовательно,

Формула Грина при сделанных предположениях доказана.

Замечание 1. Формула Грина остаётся справедливой, если граница Г области D некоторыми прямыми, параллельными оси 0Х или 0Y пересекается более чем в двух точках. Кроме этого формула Грина справедлива и для n-связных областей.

Условия независимости криволинейного интеграла от пути интегрирования на плоскости.

В этом параграфе выясним условия, при выполнении которых криволинейный интеграл не зависит от пути интегрирования, а зависит от начальной и конечной точек интегрирования.

Теорема 1. Для того, чтобы криволинейный интеграл не зависел от пути интегрирования в односвязной области необходимо и достаточно, чтобы этот интеграл, взятый по любому замкнутому кусочно-гладкому контуру в этой области равнялся нулю.



Доказательство: Необходимость. Дано: не зависит от пути интегрирования. Требуется доказать, что криволинейный интеграл по любому замкнутому кусочно-гладкому контуру равен нулю.

Пусть в рассматриваемой области D взят произвольный кусочно-гладкий замкнутый контур Г. На контуре Г возьмем произвольные точки B и C.

Г
D
n
m
B
C
Так как не зависит от пути интегрирования, то

, т.е.

 

Достаточность. Дано: Криволинейный интеграл по любому замкнутому кусочно-гладкому контуру равен нулю.

Требуется доказать, что интеграл не зависит от пути интегрирования.

Рассмотрим криволинейный интеграл по двум кусочно-гладким контурам, соединяющим точки B и С. По условию:

т.е. криволинейный

интеграл не зависит от пути интегрирования.

Теорема 2. Пусть непрерывны вместе с частными производными и в односвязной области D. Для того, чтобы криволинейный интеграл не зависел от пути интегрирования необходимо и достаточно, чтобы в области D выполнялось тождество

Доказательство: Достаточность. Дано: . Требуется доказать, что не зависит от пути интегрирования. Для этого достаточно доказать, что равен нулю по любому замкнутому кусочно-гладкому контуру . По формуле Грина имеем:

Необходимость. Дано: По теореме 1 криволинейный интеграл не зависит от пути интегрирования. Требуется доказать, что

Доказательство: Доказательство проведем от противного. Предположим, что

, т.е. в некоторой точке М0(x0,y0). Пусть для определенности M0>α>0. По условию и непрерывны в точке М0, поэтому существует круг u(М0,r) c центром в точке М0 некоторого радиуса r>0, который лежит в области D и в котором выполняется неравенство - M0>α. Окружность с центром в точке М0 радиуса r обозначим через γ. По формуле Грина имеем:



,

что противоречит условию, т.к. по условию криволинейный интеграл не зависит от пути интегрирования и по теореме 1. криволинейный интеграл по любому замкнутому контуру равен нулю.▼


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2018 год. Все права принадлежат их авторам!