Antrojo tipo kreivinis integralas fizikoje reiškia jėgų lauko darbą.
∫
A
B
P
(
x
,
y
)
d
x
+
Q
(
x
,
y
)
d
y
=
−
∫
B
A
P
(
x
,
y
)
d
x
+
Q
(
x
,
y
)
d
y
.
{\displaystyle \int _{AB}P(x,y)dx+Q(x,y)dy=-\int _{BA}P(x,y)dx+Q(x,y)dy.}
Taip pat antrojo tipo kreivinį integralą galima apibrėžti erdvine kreive L :
∫
L
P
(
x
,
y
)
d
x
+
Q
(
x
,
y
)
d
y
+
R
(
x
,
y
)
d
z
.
{\displaystyle \int _{L}P(x,y)dx+Q(x,y)dy+R(x,y)dz.}
Funkcijos išreikštos parametrinėmis lygtimis
keisti
Tarkime, kad kreivės L lanko AB parametrinės lygtis yra
x
=
x
(
t
)
,
{\displaystyle x=x(t),}
y
=
y
(
t
)
,
{\displaystyle y=y(t),}
lanko pradžios tašką A atitinka parametro t reikšme
t
0
{\displaystyle t_{0}}
, o lanko tašką B - reikšmė T . Dar sakykime, kad x(t), y(t) ir jų isvestinės x'(t), y'(t) yra dolydžios atkarpoje [
t
0
{\displaystyle t_{0}}
; T] funkcijos,
P
(
x
,
y
)
{\displaystyle P(x,y)}
Q
(
x
,
y
)
{\displaystyle Q(x,y)}
- irgi tolydžios kreivės L taškuose funkcijos. Tuomet
∫
A
B
P
(
x
,
y
)
d
x
+
Q
(
x
,
y
)
d
y
=
∫
t
0
T
P
(
x
(
t
)
,
y
(
t
)
)
x
′
(
t
)
d
t
+
Q
(
x
(
t
)
,
y
(
t
)
)
y
′
(
t
)
d
t
.
{\displaystyle \int _{AB}P(x,y)dx+Q(x,y)dy=\int _{t_{0}}^{T}P(x(t),y(t))x'(t)dt+Q(x(t),y(t))y'(t)dt.}
Tas pats taikoma ir erdvinei kreivei:
∫
A
B
P
(
x
,
y
,
z
)
d
x
+
Q
(
x
,
y
,
z
)
d
y
+
R
(
x
,
y
,
z
)
d
z
=
{\displaystyle \int _{AB}P(x,y,z)dx+Q(x,y,z)dy+R(x,y,z)dz=}
=
∫
α
β
[
P
(
x
(
t
)
,
y
(
t
)
,
z
(
t
)
)
x
′
(
t
)
+
Q
(
x
(
t
)
,
y
(
t
)
,
z
(
t
)
)
y
′
(
t
)
+
R
(
x
(
t
)
,
y
(
t
)
,
z
(
t
)
)
z
′
(
t
)
]
d
t
.
{\displaystyle =\int _{\alpha }^{\beta }[P(x(t),y(t),z(t))x'(t)+Q(x(t),y(t),z(t))y'(t)+R(x(t),y(t),z(t))z'(t)]dt.}
Apskaičiuokime
∫
L
y
d
x
−
x
d
y
,
{\displaystyle \int _{L}ydx-xdy,}
kai L - apskritimo
x
=
a
cos
t
,
{\displaystyle x=a\cos t,}
y
=
a
sin
t
{\displaystyle y=a\sin t}
lankas nuo taško
A
(
a
3
2
;
1
2
a
)
{\displaystyle A({a{\sqrt {3}} \over 2};\;{1 \over 2}a)}
iki taško
B
(
1
2
a
;
a
3
2
)
.
{\displaystyle B({1 \over 2}a;\;{a{\sqrt {3}} \over 2}).}
Įrašę į apskritimo lygtis taškų A ir B koordinates, sužinome, kad tašką A atitinka parametro reikšmė, lygi
π
6
,
{\displaystyle {\pi \over 6},}
o taško B - reikšmė, lygi
π
3
.
{\displaystyle {\pi \over 3}.}
Randame:
d
x
=
−
a
sin
t
d
t
,
{\displaystyle dx=-a\sin tdt,}
d
y
=
a
cos
t
d
t
.
{\displaystyle dy=a\cos tdt.}
Tuomet
∫
L
y
d
x
−
x
d
y
=
∫
π
6
π
3
(
a
sin
t
⋅
(
−
a
)
sin
t
−
a
cos
t
⋅
a
cos
t
)
d
t
=
−
a
2
∫
π
6
π
3
(
cos
2
t
+
sin
2
t
)
d
t
=
−
a
2
∫
π
6
π
3
d
t
=
{\displaystyle \int _{L}ydx-xdy=\int _{\pi \over 6}^{\pi \over 3}(a\sin t\cdot (-a)\sin t-a\cos t\cdot a\cos t)dt=-a^{2}\int _{\pi \over 6}^{\pi \over 3}(\cos ^{2}t+\sin ^{2}t)dt=-a^{2}\int _{\pi \over 6}^{\pi \over 3}dt=}
=
−
a
2
t
|
π
6
π
3
=
−
π
a
2
6
.
{\displaystyle =-a^{2}t|_{\pi \over 6}^{\pi \over 3}=-{\pi a^{2} \over 6}.}
Apskaičiuosime integralą
∫
A
B
x
2
d
x
+
x
y
d
y
,
{\displaystyle \int _{AB}x^{2}dx+xydy,}
kur AB - ketvirtis apskritimo
x
=
cos
t
,
{\displaystyle x=\cos t,}
y
=
sin
t
,
{\displaystyle y=\sin t,}
0
≤
t
≤
π
2
,
{\displaystyle 0\leq t\leq {\pi \over 2},}
A Atitinka t=0 , B atitinka
t
=
π
/
2.
{\displaystyle t=\pi /2.}
Turime
x
2
=
cos
2
t
,
{\displaystyle x^{2}=\cos ^{2}t,}
d
x
=
−
sin
t
d
t
,
{\displaystyle dx=-\sin tdt,}
x
y
=
cos
t
sin
t
,
{\displaystyle xy=\cos t\sin t,}
d
y
=
cos
t
d
t
.
{\displaystyle dy=\cos tdt.}
Gauname
∫
A
B
x
2
d
x
+
x
y
d
y
=
∫
0
π
2
(
−
cos
2
t
sin
t
+
cos
2
t
sin
t
)
d
t
=
0.
{\displaystyle \int _{AB}x^{2}dx+xydy=\int _{0}^{\pi \over 2}(-\cos ^{2}t\sin t+\cos ^{2}t\sin t)dt=0.}
Apskaičiuosime integralą
∫
A
B
x
2
d
x
−
y
z
d
y
+
z
d
z
{\displaystyle \int _{AB}x^{2}dx-yzdy+zdz}
palei atkarpą AB , jungiančią taškus A(1; 2; -1) ir B(3; 3; 2).
Lygtis tiesės AB :
x
−
1
3
−
1
=
y
−
2
3
−
2
=
z
−
(
−
1
)
2
−
(
−
1
)
{\displaystyle {x-1 \over 3-1}={y-2 \over 3-2}={z-(-1) \over 2-(-1)}}
x
−
1
2
=
y
−
2
1
=
z
+
1
3
{\displaystyle {x-1 \over 2}={y-2 \over 1}={z+1 \over 3}}
arba parametrinėje formoje:
x
=
1
+
2
t
,
{\displaystyle x=1+2t,}
y
=
2
+
t
,
{\displaystyle y=2+t,}
z
=
−
1
+
3
t
.
{\displaystyle z=-1+3t.}
Atkarpai AB parametras t keičiasi nuo
t
A
=
0
{\displaystyle t_{A}=0}
iki
t
B
=
1.
{\displaystyle t_{B}=1.}
Todėl,
∫
A
B
x
2
d
x
−
y
z
d
y
+
z
d
z
=
∫
0
1
[
(
1
+
2
t
)
2
⋅
2
−
(
2
+
t
)
(
−
1
+
3
t
)
+
(
−
1
+
3
t
)
3
]
d
t
=
∫
0
1
(
5
t
2
+
12
t
+
1
)
d
t
=
{\displaystyle \int _{AB}x^{2}dx-yzdy+zdz=\int _{0}^{1}[(1+2t)^{2}\cdot 2-(2+t)(-1+3t)+(-1+3t)3]dt=\int _{0}^{1}(5t^{2}+12t+1)dt=}
=
(
5
t
3
3
+
6
t
2
+
t
)
|
0
1
=
26
3
.
{\displaystyle =({5t^{3} \over 3}+6t^{2}+t)|_{0}^{1}={26 \over 3}.}
Duotame pavyzdyje parametru galima parinkti bet kurį iš kintamųjų x , y arba z .
Pavyzdžiui, parinkę parametru y , užrašysime lygtį atkarpos AB formoje:
x
=
2
y
−
3
,
{\displaystyle x=2y-3,}
y
=
y
,
{\displaystyle y=y,}
z
=
3
y
−
7
,
{\displaystyle z=3y-7,}
y
A
=
2
≤
y
≤
y
B
=
3.
{\displaystyle y_{A}=2\leq y\leq y_{B}=3.}
Pritaikydami auksčiau išvestą formulę gausime:
∫
A
B
x
2
d
x
−
y
z
d
y
+
z
d
z
=
∫
2
3
[
(
2
y
−
3
)
2
2
−
y
(
3
y
−
7
)
+
(
3
y
−
7
)
3
]
d
y
=
{\displaystyle \int _{AB}x^{2}\;dx-yz\;dy+z\;dz=\int _{2}^{3}[(2y-3)^{2}2-y(3y-7)+(3y-7)3]dy=}
=
∫
2
3
[
2
(
4
y
2
−
12
y
+
9
)
−
3
y
2
+
7
y
+
9
y
−
21
]
d
y
=
∫
2
3
(
5
y
2
−
8
y
−
3
)
d
y
=
{\displaystyle =\int _{2}^{3}[2(4y^{2}-12y+9)-3y^{2}+7y+9y-21]dy=\int _{2}^{3}(5y^{2}-8y-3)dy=}
=
(
5
y
3
3
−
4
y
2
−
3
y
)
|
2
3
=
45
−
36
−
9
−
(
40
3
−
16
−
6
)
=
0
−
(
−
26
3
)
=
26
3
.
{\displaystyle =({5y^{3} \over 3}-4y^{2}-3y)|_{2}^{3}=45-36-9-({40 \over 3}-16-6)=0-(-{26 \over 3})={26 \over 3}.}
Apskaičiuosime integralą
I
=
∫
L
x
y
d
x
+
y
z
d
y
+
z
x
d
z
,
{\displaystyle I=\int _{L}xydx+yzdy+zxdz,}
kur L - viena apvija spiralinės linijos cilindro paviršiumi
x
=
a
cos
t
,
{\displaystyle x=a\cos t,}
y
=
a
sin
t
,
{\displaystyle y=a\sin t,}
z
=
b
t
{\displaystyle z=bt}
nuo
t
0
=
0
{\displaystyle t_{0}=0}
iki
T
=
2
π
.
{\displaystyle T=2\pi .}
Randame:
d
x
=
−
a
sin
t
,
{\displaystyle dx=-a\sin t,}
d
y
=
a
cos
t
,
{\displaystyle dy=a\cos t,}
d
z
=
b
.
{\displaystyle dz=b.}
I
=
∫
0
2
π
(
−
a
3
sin
2
t
cos
t
+
a
2
b
t
sin
t
cos
t
+
a
b
2
t
cos
t
)
d
t
.
{\displaystyle I=\int _{0}^{2\pi }(-a^{3}\sin ^{2}t\cos t+a^{2}bt\sin t\cos t+ab^{2}t\cos t)dt.}
Apskaičiuosime kiekvieną dalį atskirai.
I
1
=
−
a
3
∫
0
2
π
sin
2
t
cos
t
d
t
=
−
a
3
∫
0
2
π
sin
2
t
d
(
sin
t
)
=
−
a
3
sin
3
t
3
|
0
2
π
=
0.
{\displaystyle I_{1}=-a^{3}\int _{0}^{2\pi }\sin ^{2}t\cos t\;dt=-a^{3}\int _{0}^{2\pi }\sin ^{2}t\;d(\sin t)=-a^{3}{\sin ^{3}t \over 3}|_{0}^{2\pi }=0.}
I
2
=
a
2
b
∫
0
2
π
t
sin
t
cos
t
d
t
=
a
2
b
2
∫
0
2
π
t
sin
(
2
t
)
d
t
=
−
a
2
b
4
(
t
cos
(
2
t
)
)
|
0
2
π
+
a
2
b
4
∫
0
2
π
cos
(
2
t
)
d
t
=
{\displaystyle I_{2}=a^{2}b\int _{0}^{2\pi }t\sin t\cos t\;dt={a^{2}b \over 2}\int _{0}^{2\pi }t\sin(2t)dt=-{a^{2}b \over 4}(t\cos(2t))|_{0}^{2\pi }+{a^{2}b \over 4}\int _{0}^{2\pi }\cos(2t)dt=}
=
−
a
2
b
4
(
2
π
cos
(
4
π
)
−
0
cos
0
)
+
a
2
b
8
sin
(
2
t
)
|
0
2
π
=
−
π
a
2
b
2
,
{\displaystyle =-{a^{2}b \over 4}(2\pi \cos(4\pi )-0\cos 0)+{a^{2}b \over 8}\sin(2t)|_{0}^{2\pi }=-{\pi a^{2}b \over 2},}
kur
u
=
t
,
{\displaystyle u=t,}
d
v
=
sin
(
2
t
)
,
{\displaystyle dv=\sin(2t),}
d
u
=
d
t
,
{\displaystyle du=dt,}
v
=
−
cos
(
2
t
)
2
.
{\displaystyle v=-{\cos(2t) \over 2}.}
I
3
=
a
b
2
∫
0
2
π
t
cos
t
d
t
=
a
b
2
(
t
sin
t
)
|
0
2
π
−
a
b
2
∫
0
2
π
sin
t
d
t
=
a
b
2
cos
t
|
0
2
π
=
0.
{\displaystyle I_{3}=ab^{2}\int _{0}^{2\pi }t\cos t\;dt=ab^{2}(t\sin t)|_{0}^{2\pi }-ab^{2}\int _{0}^{2\pi }\sin tdt=ab^{2}\cos t|_{0}^{2\pi }=0.}
kur
u
=
t
,
{\displaystyle u=t,}
d
v
=
cos
t
,
{\displaystyle dv=\cos t,}
d
u
=
d
t
,
{\displaystyle du=dt,}
v
=
sin
t
.
{\displaystyle v=\sin t.}
Todėl
I
=
I
1
+
I
2
+
I
3
=
0
−
π
a
2
b
2
+
0
=
−
π
a
2
b
2
.
{\displaystyle I=I_{1}+I_{2}+I_{3}=0-{\pi a^{2}b \over 2}+0=-{\pi a^{2}b \over 2}.}
Apskaičiuoti darbą jėgos
F
→
(
x
;
y
)
,
{\displaystyle {\vec {F}}(x;\;y),}
kai persikelia materialus taškas palei elipsę teigiama kryptimi, jeigu jėga kiekviename taške (x; y) elipso nukreipta į centrą elipso ir pagal dydį lygi atstumui nuo taško (x; y) iki centro elipsės.
Sprendimas . Pagal sąlygą,
|
F
→
(
x
;
y
)
|
=
x
2
+
y
2
;
{\displaystyle |{\vec {F}}(x;y)|={\sqrt {x^{2}+y^{2}}};}
koordinatės jėgos
F
→
(
x
;
y
)
{\displaystyle {\vec {F}}(x;\;y)}
tokios:
P
=
−
x
,
Q
=
−
y
{\displaystyle P=-x,\;\;Q=-y}
[ženklas "
−
{\displaystyle -}
" paaiškinmas tuo, kad jėga nukreipta į tašką (0; 0)]. Pagal formulę
A
=
∫
B
C
P
d
x
+
Q
d
y
{\displaystyle A=\int _{BC}Pdx+Qdy}
turime
A
=
−
∮
L
x
d
x
+
y
d
y
,
{\displaystyle A=-\oint _{L}x\;dx+y\;dy,}
čia L - elipsė
x
=
a
cos
(
t
)
,
{\displaystyle x=a\cos(t),}
y
=
b
sin
(
t
)
,
{\displaystyle y=b\sin(t),}
0
≤
t
≤
2
π
.
{\displaystyle 0\leq t\leq 2\pi .}
Randame
d
x
=
−
a
sin
(
t
)
d
t
,
{\displaystyle dx=-a\sin(t)dt,}
d
y
=
b
cos
(
t
)
d
t
{\displaystyle dy=b\cos(t)dt}
. Todėl,
A
=
−
∮
L
x
d
x
+
y
d
y
=
−
∫
0
2
π
x
d
x
−
∫
0
2
π
y
d
y
=
−
∫
0
2
π
−
a
2
cos
(
t
)
sin
(
t
)
d
t
−
∫
0
2
π
b
sin
(
t
)
b
cos
(
t
)
d
t
=
{\displaystyle A=-\oint _{L}x\;dx+y\;dy=-\int _{0}^{2\pi }x\;dx-\int _{0}^{2\pi }y\;dy=-\int _{0}^{2\pi }-a^{2}\cos(t)\sin(t)dt-\int _{0}^{2\pi }b\sin(t)b\cos(t)dt=}
=
∫
0
2
π
a
2
cos
(
t
)
sin
(
t
)
d
t
−
∫
0
2
π
b
2
sin
(
t
)
cos
(
t
)
d
t
=
∫
0
2
π
(
a
2
cos
(
t
)
sin
(
t
)
−
b
2
sin
(
t
)
cos
(
t
)
)
d
t
=
{\displaystyle =\int _{0}^{2\pi }a^{2}\cos(t)\sin(t)dt-\int _{0}^{2\pi }b^{2}\sin(t)\cos(t)dt=\int _{0}^{2\pi }(a^{2}\cos(t)\sin(t)-b^{2}\sin(t)\cos(t))dt=}
=
(
a
2
−
b
2
)
∫
0
2
π
sin
(
t
)
cos
(
t
)
d
t
=
a
2
−
b
2
2
∫
0
2
π
sin
(
2
t
)
d
t
=
a
2
−
b
2
4
(
−
cos
(
2
t
)
)
|
0
2
π
=
{\displaystyle =(a^{2}-b^{2})\int _{0}^{2\pi }\sin(t)\cos(t)dt={\frac {a^{2}-b^{2}}{2}}\int _{0}^{2\pi }\sin(2t)dt={\frac {a^{2}-b^{2}}{4}}(-\cos(2t))|_{0}^{2\pi }=}
=
−
a
2
−
b
2
4
(
cos
(
4
π
)
−
cos
(
2
⋅
0
)
)
=
−
a
2
−
b
2
4
(
1
−
1
)
=
0.
{\displaystyle =-{\frac {a^{2}-b^{2}}{4}}(\cos(4\pi )-\cos(2\cdot 0))=-{\frac {a^{2}-b^{2}}{4}}(1-1)=0.}
Pastebėsime, kad iš to, kad integralas pasirodė lygus nuliui, seka, kad pointegralinė išraiška yra pilnas diferencialas tam tikros funkcijos (raskite šią funkciją savarankiškai).
Apskaičiavimas kreivinių integralų antrojo tipo
keisti
Jei kreivė AB išreikšta lygtimi
y
=
y
(
x
)
{\displaystyle y=y(x)}
,
a
≤
x
≤
b
,
{\displaystyle a\leq x\leq b,}
kur
y
(
x
)
{\displaystyle y(x)}
- netruki diferencijuojama funkcija, tai
∫
A
B
P
(
x
,
y
)
d
x
+
Q
(
x
,
y
)
d
y
=
∫
a
b
[
P
[
x
,
y
(
x
)
]
+
Q
[
x
,
y
(
x
)
]
y
′
(
x
)
]
d
x
.
{\displaystyle \int _{AB}P(x,y)dx+Q(x,y)dy=\int _{a}^{b}[P[x,y(x)]+Q[x,y(x)]y'(x)]dx.}
Analogiškai gali būti x(y).
Apskaičiuosime integralą:
∫
A
B
x
y
d
x
−
(
x
−
y
)
d
y
{\displaystyle \int _{AB}xydx-(x-y)dy}
palei lanką AB prabolės
y
=
x
2
{\displaystyle y=x^{2}}
, jei
x
A
=
−
1
,
{\displaystyle x_{A}=-1,}
x
B
=
−
2.
{\displaystyle x_{B}=-2.}
Parinkę parametru x ir pakeitę
d
y
=
2
x
d
x
,
{\displaystyle dy=2xdx,}
gausime:
∫
A
B
x
y
d
x
−
(
x
−
y
)
d
y
=
∫
−
1
−
2
[
x
⋅
x
2
−
(
x
−
x
2
)
⋅
2
x
]
d
x
=
∫
−
1
−
2
(
3
x
3
−
2
x
2
)
d
x
=
(
3
4
x
4
−
2
3
x
3
)
|
−
1
−
2
=
{\displaystyle \int _{AB}xy\;dx-(x-y)dy=\int _{-1}^{-2}[x\cdot x^{2}-(x-x^{2})\cdot 2x]dx=\int _{-1}^{-2}(3x^{3}-2x^{2})dx=({3 \over 4}x^{4}-{2 \over 3}x^{3})|_{-1}^{-2}=}
=
12
+
16
3
−
(
3
4
+
2
3
)
=
45
4
+
14
3
=
191
12
=
15
11
12
.
{\displaystyle =12+{16 \over 3}-({3 \over 4}+{2 \over 3})={45 \over 4}+{14 \over 3}={191 \over 12}=15{11 \over 12}.}
Apskaičiuosime integralą
I
=
∫
L
y
2
d
x
+
(
x
y
−
x
2
)
d
y
,
{\displaystyle I=\int _{L}y^{2}dx+(xy-x^{2})dy,}
kur L - lankas prabolės
y
2
=
9
x
{\displaystyle y^{2}=9x}
nuo taško A(0; 0) iki taško B(1; 3) .
x
=
y
2
9
,
{\displaystyle x={y^{2} \over 9},}
d
x
=
2
y
9
.
{\displaystyle dx={2y \over 9}.}
Gauname:
I
=
∫
0
3
[
2
9
y
3
+
(
y
3
9
−
y
4
81
)
]
d
y
=
∫
0
3
(
y
3
3
−
y
4
81
)
d
y
=
(
y
4
12
−
y
5
405
)
|
0
3
=
27
4
−
243
405
=
9963
1620
=
6
3
20
=
6.15.
{\displaystyle I=\int _{0}^{3}[{2 \over 9}y^{3}+({y^{3} \over 9}-{y^{4} \over 81})]dy=\int _{0}^{3}({y^{3} \over 3}-{y^{4} \over 81})dy=({y^{4} \over 12}-{y^{5} \over 405})|_{0}^{3}={27 \over 4}-{243 \over 405}={9963 \over 1620}=6{3 \over 20}=6.15.}
Kvadratas.
Apskaičiuosime integralą
∮
L
(
x
+
y
)
d
y
,
{\displaystyle \oint _{L}(x+y)dy,}
kur L - konturas stačiakampio, padaryto iš tiesių
x
=
0
,
{\displaystyle x=0,}
y
=
0
,
{\displaystyle y=0,}
x
=
1
{\displaystyle x=1}
ir
y
=
1.
{\displaystyle y=1.}
Paveiksle teigiama kryptis apėjimo konturo L paženklinta rodyklėmis. Padalinę visą kontūrą integravimo į dalis, užrašysime:
∮
L
=
∫
A
B
+
∫
B
C
+
∫
C
D
+
∫
D
A
.
{\displaystyle \oint _{L}=\int _{AB}+\int _{BC}+\int _{CD}+\int _{DA}.}
Lengva pastebėti, kad integralai palei dalis AB ir CD lygus nuliui, todėl, kad ant jų y yra pastovus ir, dėl to
d
y
=
0.
{\displaystyle dy=0.}
Todėl lieka apskaičiuoti integralus pagal sritis BC ir DA . Pagal formulę [ vietoje x įrašę y ir vietoje y(x) įrašę x(y)], gauname
∫
B
C
(
x
+
y
)
d
y
=
∫
0
1
(
1
+
y
)
d
y
=
(
y
+
y
2
2
)
|
0
1
=
3
2
.
{\displaystyle \int _{BC}(x+y)dy=\int _{0}^{1}(1+y)dy=(y+{y^{2} \over 2})|_{0}^{1}={3 \over 2}.}
∫
D
A
(
x
+
y
)
d
y
=
∫
1
0
(
0
+
y
)
d
y
=
y
2
2
|
1
0
=
−
1
2
.
{\displaystyle \int _{DA}(x+y)dy=\int _{1}^{0}(0+y)dy={y^{2} \over 2}|_{1}^{0}=-{1 \over 2}.}
Takiu budu, galutinai turime
∮
(
x
+
y
)
d
y
=
3
2
−
1
2
=
1.
{\displaystyle \oint (x+y)dy={3 \over 2}-{1 \over 2}=1.}
Trikampis trimatėje erdvėje.
Apskaičiuosime integralą
∮
(
x
+
y
+
z
)
d
x
{\displaystyle \oint (x+y+z)dx}
pagal laužtę ABCA su viršūnėmis A (1; 0; 0), B (0; 1; 0), C (0; 0; 1).
Pagal apibrėžimą
∮
A
B
C
A
=
∫
A
B
+
∫
B
C
+
∫
C
A
.
{\displaystyle \oint _{ABCA}=\int _{AB}+\int _{BC}+\int _{CA}.}
∫
B
C
(
x
+
y
+
z
)
=
0
,
{\displaystyle \int _{BC}(x+y+z)=0,}
nes kelias integravimo guli plokštumoje yOz , statmenoje ašiai Ox (todėl
x
=
0
{\displaystyle x=0}
ir
d
x
=
0
)
.
{\displaystyle dx=0).}
Lygtį atkarpos AB užrašysime pavidale:
x
=
x
,
{\displaystyle x=x,}
y
=
1
−
x
,
{\displaystyle y=1-x,}
z
=
0.
{\displaystyle z=0.}
Taip kaip
x
A
=
1
,
{\displaystyle x_{A}=1,}
x
B
=
0
,
{\displaystyle x_{B}=0,}
turime
∫
A
B
=
(
x
+
y
+
z
)
d
x
=
∫
1
0
[
x
+
(
1
−
x
)
+
0
]
d
x
=
∫
1
0
d
x
=
x
|
1
0
=
−
1.
{\displaystyle \int _{AB}=(x+y+z)dx=\int _{1}^{0}[x+(1-x)+0]dx=\int _{1}^{0}dx=x|_{1}^{0}=-1.}
Lygtį atkarpos CA užrašysime pavidale:
x
=
x
,
{\displaystyle x=x,}
y
=
0
,
{\displaystyle y=0,}
z
=
1
−
x
.
{\displaystyle z=1-x.}
Taip kaip
x
C
=
0
,
{\displaystyle x_{C}=0,}
x
A
=
1
,
{\displaystyle x_{A}=1,}
turime:
∫
C
A
(
x
+
y
+
z
)
d
x
=
∫
0
1
[
x
+
(
1
−
x
)
]
d
x
=
1.
{\displaystyle \int _{CA}(x+y+z)dx=\int _{0}^{1}[x+(1-x)]dx=1.}
Rezultate gauname:
∮
A
B
C
A
(
x
+
y
+
z
)
d
x
=
−
1
+
0
+
1
=
0.
{\displaystyle \oint {ABCA}(x+y+z)dx=-1+0+1=0.}
Parabolė.
Apskaičiuosime integralą
∫
A
O
B
y
d
x
,
{\displaystyle \int _{AOB}ydx,}
jeigu AOB - lankas prabolės
y
2
=
x
,
{\displaystyle y^{2}=x,}
be to A (1; -1), B (1; 1). Atsižvelgiant į savybes kreivinių integralų, gausime:
∫
A
O
B
y
d
x
=
∫
A
O
y
d
x
+
∫
O
B
y
d
x
.
{\displaystyle \int _{AOB}ydx=\int _{AO}ydx+\int _{OB}ydx.}
Kadangi lanko AO lygtis yra
y
=
−
x
,
{\displaystyle y=-{\sqrt {x}},}
0
≤
x
≤
1
,
{\displaystyle 0\leq x\leq 1,}
be to
x
A
=
1
,
{\displaystyle x_{A}=1,}
x
O
=
0
,
{\displaystyle x_{O}=0,}
lankas OB turi lygtį
y
=
x
,
{\displaystyle y={\sqrt {x}},}
0
≤
x
≤
1
,
{\displaystyle 0\leq x\leq 1,}
x
0
=
0
,
{\displaystyle x_{0}=0,}
x
B
=
1
,
{\displaystyle x_{B}=1,}
tai
∫
A
O
B
y
d
x
=
∫
1
0
−
x
d
x
+
∫
0
1
x
d
x
=
2
∫
0
1
x
d
x
=
4
3
x
3
2
|
0
1
=
4
3
.
{\displaystyle \int _{AOB}ydx=\int _{1}^{0}-{\sqrt {x}}dx+\int _{0}^{1}{\sqrt {x}}dx=2\int _{0}^{1}{\sqrt {x}}dx={4 \over 3}x^{3 \over 2}|_{0}^{1}={4 \over 3}.}
Šiame pavyzdyje paprasčiau naudoti parametrą y , pakeičiant atitinkamai formulę:
∫
A
O
B
y
d
x
=
∫
−
1
1
y
⋅
2
y
d
y
=
2
3
y
3
|
−
1
1
=
4
3
.
{\displaystyle \int _{AOB}y\;dx=\int _{-1}^{1}y\cdot 2y\;dy={2 \over 3}y^{3}|_{-1}^{1}={4 \over 3}.}
Integravimo keliai sutampa.
Apskaičiuosime integralą
∫
A
B
3
x
2
y
d
x
+
(
x
3
+
1
)
d
y
,
{\displaystyle \int _{AB}3x^{2}y\;dx+(x^{3}+1)dy,}
kur:
a) AB - tiesė
y
=
x
,
{\displaystyle y=x,}
sujungianti taškus (0; 0) ir (1; 1);
b) AB - parabolė y=x², sujungianti tuos pačius taškus (0; 0) ir (1; 1);
c) AB - laužtė, pereinanti per taškus (0; 0), (1; 0), (1; 1).
Pagal vieno iš kinamųjų pakeitimo formulę turime:
a)
∫
A
B
3
x
2
y
d
x
+
(
x
3
+
1
)
d
y
=
∫
0
1
[
3
x
2
⋅
x
+
(
x
3
+
1
)
]
d
x
=
{\displaystyle \int _{AB}3x^{2}y\;dx+(x^{3}+1)dy=\int _{0}^{1}[3x^{2}\cdot x+(x^{3}+1)]dx=}
=
∫
0
1
(
4
x
3
+
1
)
d
x
=
(
x
4
+
x
)
|
0
1
=
2
;
{\displaystyle =\int _{0}^{1}(4x^{3}+1)dx=(x^{4}+x)|_{0}^{1}=2;}
b)
∫
A
B
3
x
2
y
d
x
+
(
x
3
+
1
)
d
y
=
∫
0
1
[
3
x
2
⋅
x
2
+
(
x
3
+
1
)
2
x
]
d
x
=
∫
0
1
(
5
x
4
+
2
x
)
d
x
=
(
x
5
+
x
2
)
|
0
1
=
2
;
{\displaystyle \int _{AB}3x^{2}y\;dx+(x^{3}+1)dy=\int _{0}^{1}[3x^{2}\cdot x^{2}+(x^{3}+1)2x]dx=\int _{0}^{1}(5x^{4}+2x)dx=(x^{5}+x^{2})|_{0}^{1}=2;}
c)
∫
A
B
3
x
2
y
d
x
+
(
x
3
+
1
)
d
y
=
∫
0
1
3
x
2
⋅
0
d
x
+
∫
0
1
(
1
+
1
)
d
y
=
∫
0
1
2
d
y
=
2.
{\displaystyle \int _{AB}3x^{2}y\;dx+(x^{3}+1)dy=\int _{0}^{1}3x^{2}\cdot 0\;dx+\int _{0}^{1}(1+1)dy=\int _{0}^{1}2dy=2.}
Vienodo atsakymo gavimas integruojant skirtingais keliais yra dėl to, kad
∂
P
∂
y
=
∂
Q
∂
x
,
{\displaystyle {\partial P \over \partial y}={\partial Q \over \partial x},}
∂
(
3
x
2
y
)
∂
y
=
3
x
2
=
∂
(
x
3
+
1
)
∂
x
.
{\displaystyle {\partial (3x^{2}y) \over \partial y}=3x^{2}={\partial (x^{3}+1) \over \partial x}.}
Apskaičiuokime integralą
∫
L
x
y
d
x
+
(
x
2
−
y
3
)
d
y
{\displaystyle \int _{L}xydx+(x^{2}-y^{3})dy}
nuo taško O (0; 0) iki taško A(1; 1), kai integravimo kelias L nusakomas lygtimi: a)
y
=
x
;
{\displaystyle y=x;}
b)
y
=
x
3
;
{\displaystyle y=x^{3};}
c)
y
2
=
x
.
{\displaystyle y^{2}=x.}
a) Randame
d
y
=
d
x
.
{\displaystyle dy=dx.}
Turime:
∫
L
x
y
d
x
+
(
x
2
−
y
3
)
d
y
=
∫
0
1
x
⋅
x
d
x
+
∫
0
1
(
x
2
−
x
3
)
d
x
=
{\displaystyle \int _{L}xydx+(x^{2}-y^{3})dy=\int _{0}^{1}x\cdot x\;dx+\int _{0}^{1}(x^{2}-x^{3})dx=}
=
∫
0
1
(
2
x
2
−
x
3
)
d
x
=
(
2
x
3
3
−
x
4
4
)
|
0
1
=
5
12
.
{\displaystyle =\int _{0}^{1}(2x^{2}-x^{3})dx=({2x^{3} \over 3}-{x^{4} \over 4})|_{0}^{1}={5 \over 12}.}
b) Kadangi
d
y
=
3
x
2
d
x
,
{\displaystyle dy=3x^{2}dx,}
tai
∫
L
x
y
d
x
+
(
x
2
−
y
3
)
d
y
=
∫
0
1
x
⋅
x
3
d
x
+
∫
0
1
(
x
2
−
x
9
)
⋅
3
x
2
d
x
=
∫
0
1
(
4
x
4
−
3
x
11
)
d
x
=
(
4
5
x
5
−
x
12
4
)
|
0
1
=
11
20
.
{\displaystyle \int _{L}xydx+(x^{2}-y^{3})dy=\int _{0}^{1}x\cdot x^{3}dx+\int _{0}^{1}(x^{2}-x^{9})\cdot 3x^{2}dx=\int _{0}^{1}(4x^{4}-3x^{11})dx=({4 \over 5}x^{5}-{x^{12} \over 4})|_{0}^{1}={11 \over 20}.}
c) Iš sąlygos
y
2
=
x
{\displaystyle y^{2}=x}
turime:
y
=
x
,
{\displaystyle y={\sqrt {x}},}
d
y
=
1
2
x
−
1
2
d
x
.
{\displaystyle dy={1 \over 2}x^{-{1 \over 2}}dx.}
Tuomet
∫
L
x
y
d
x
+
(
x
2
−
y
3
)
d
y
=
∫
0
1
x
x
d
x
+
∫
0
1
(
x
2
−
x
x
)
d
x
2
x
=
∫
0
1
(
3
2
x
3
2
−
x
2
)
d
x
=
(
3
5
x
5
2
−
1
4
x
2
)
|
0
1
=
7
20
.
{\displaystyle \int _{L}xydx+(x^{2}-y^{3})dy=\int _{0}^{1}x{\sqrt {x}}dx+\int _{0}^{1}(x^{2}-x{\sqrt {x}}){dx \over 2{\sqrt {x}}}=\int _{0}^{1}({3 \over 2}x^{3 \over 2}-{x \over 2})dx=({3 \over 5}x^{5 \over 2}-{1 \over 4}x^{2})|_{0}^{1}={7 \over 20}.}
Šiuo atveju pavyzdį galėjome spręsti ir neišreikšdami kintąmąjį y kintamuoju x . Laikykime x funkcija, o y argumentu. Tuomet iš sąlygos
x
=
y
2
{\displaystyle x=y^{2}}
turime:
d
x
=
2
y
d
y
;
{\displaystyle dx=2ydy;}
y kitimo rėžiai yra nuo 0 iki 1. Dabar duotąjį integralą pakeiskime apibrėžtiniu, įrašydami vietoje x ir dx jų išraiškas:
∫
L
x
y
d
x
+
(
x
2
−
y
3
)
d
y
=
∫
0
1
y
2
⋅
y
⋅
2
y
d
y
+
∫
0
1
(
y
4
−
y
3
)
d
y
=
∫
0
1
(
3
y
4
−
y
3
)
d
y
=
(
3
5
y
5
−
y
4
4
)
|
0
1
=
7
20
.
{\displaystyle \int _{L}xydx+(x^{2}-y^{3})dy=\int _{0}^{1}y^{2}\cdot y\cdot 2ydy+\int _{0}^{1}(y^{4}-y^{3})dy=\int _{0}^{1}(3y^{4}-y^{3})dy=({3 \over 5}y^{5}-{y^{4} \over 4})|_{0}^{1}={7 \over 20}.}
Visais triais atvejais integravimo pradžia ir pabaiga sutapo, tačiau integruodami galvome skirtingus atsakymus, nes
∂
P
∂
y
≠
∂
Q
∂
x
,
{\displaystyle {\partial P \over \partial y}\neq {\partial Q \over \partial x},}
∂
(
x
y
)
∂
y
=
x
≠
2
x
=
∂
(
x
2
−
y
3
)
∂
x
.
{\displaystyle {\partial (xy) \over \partial y}=x\neq 2x={\partial (x^{2}-y^{3}) \over \partial x}.}
Prabolė, tiesė AB ir laužtė ACB .
∫
L
(
2
x
+
3
y
2
)
d
x
+
(
6
x
y
−
1
)
d
y
{\displaystyle \int _{L}(2x+3y^{2})dx+(6xy-1)dy}
nuo taško A (1; 1) iki taško B (2; 4), kai integravimo kelias L nusakomas:
a) tiesės
y
=
3
x
−
2
{\displaystyle y=3x-2}
atkarpa;
b) parabolės
y
=
x
2
{\displaystyle y=x^{2}}
lanku;
c) laužte ACB .
a) Iš lygties
y
=
3
x
−
2
{\displaystyle y=3x-2}
turime:
d
y
=
3
d
x
;
{\displaystyle dy=3dx;}
kitimo rėžiai yra nuo 1 iki 2. Tuomet
∫
L
(
2
x
+
3
y
2
)
d
x
+
(
6
x
y
−
1
)
d
y
=
∫
1
2
(
2
x
+
27
x
2
−
36
x
+
12
)
d
x
+
∫
1
2
(
18
x
2
−
12
x
−
1
)
⋅
3
x
d
x
=
{\displaystyle \int _{L}(2x+3y^{2})dx+(6xy-1)dy=\int _{1}^{2}(2x+27x^{2}-36x+12)dx+\int _{1}^{2}(18x^{2}-12x-1)\cdot 3xdx=}
=
∫
1
2
(
81
x
2
−
70
x
+
9
)
d
x
=
(
27
x
3
−
35
x
2
+
9
x
)
|
1
2
=
93.
{\displaystyle =\int _{1}^{2}(81x^{2}-70x+9)dx=(27x^{3}-35x^{2}+9x)|_{1}^{2}=93.}
b) kai
y
=
x
2
,
{\displaystyle y=x^{2},}
tai
d
y
=
2
x
d
x
{\displaystyle dy=2xdx}
ir
∫
L
(
2
x
+
3
y
2
)
d
x
+
(
6
x
y
−
1
)
d
y
=
∫
1
2
(
2
x
+
3
x
4
)
d
x
+
∫
1
2
(
6
x
3
−
1
)
2
x
d
x
=
∫
1
2
15
x
4
d
x
=
3
x
5
|
1
2
=
93.
{\displaystyle \int _{L}(2x+3y^{2})dx+(6xy-1)dy=\int _{1}^{2}(2x+3x^{4})dx+\int _{1}^{2}(6x^{3}-1)2xdx=\int _{1}^{2}15x^{4}dx=3x^{5}|_{1}^{2}=93.}
c) Integravimo kelią suskaidysime į dvi atkarpas: AC ir CB . Atkarpos AC taškuose x kinta nuo 1 iki 2,
y
=
1
=
c
o
n
s
t
,
{\displaystyle y=1=const,}
todėl kelio AC taškuose
d
y
=
0
;
{\displaystyle dy=0;}
atkarpos CB taškuose y kinta nuo 1 iki 4,
x
=
2
=
c
o
n
s
t
,
{\displaystyle x=2=const,}
todėl kelio CB taškuose
d
x
=
0.
{\displaystyle dx=0.}
Tuomet
∫
L
(
2
x
+
3
y
2
)
d
x
+
(
6
x
y
−
1
)
d
y
=
∫
A
C
(
2
x
+
3
y
2
)
d
x
+
(
6
x
y
−
1
)
d
y
+
∫
C
B
(
2
x
+
3
y
2
)
d
x
+
(
6
x
y
−
1
)
d
y
=
{\displaystyle \int _{L}(2x+3y^{2})dx+(6xy-1)dy=\int _{AC}(2x+3y^{2})dx+(6xy-1)dy+\int _{CB}(2x+3y^{2})dx+(6xy-1)dy=}
=
∫
1
2
(
2
x
+
3
⋅
1
2
)
d
x
+
(
6
x
⋅
1
−
1
)
⋅
0
+
∫
1
4
(
2
⋅
2
+
3
y
2
)
⋅
0
+
(
6
⋅
2
−
1
)
d
y
=
∫
1
2
(
2
x
+
3
)
d
x
+
∫
1
4
(
12
y
−
1
)
d
y
=
{\displaystyle =\int _{1}^{2}(2x+3\cdot 1^{2})dx+(6x\cdot 1-1)\cdot 0+\int _{1}^{4}(2\cdot 2+3y^{2})\cdot 0+(6\cdot 2-1)dy=\int _{1}^{2}(2x+3)dx+\int _{1}^{4}(12y-1)dy=}
=
(
x
2
+
3
)
|
1
2
+
(
6
y
2
−
y
)
|
1
4
=
6
+
87
=
93.
{\displaystyle =(x^{2}+3)|_{1}^{2}+(6y^{2}-y)|_{1}^{4}=6+87=93.}
Visais variantais gavome tokį patį kreivinio integralo atsakymą. Sakoma, kad krivinis integralas nepriklauso nuo integravimo kelio, o priklauso tik nuo integravimo kreivės pradžios ir pabaigos taškų. Taip yra todėl, kad
∂
P
∂
y
=
∂
(
2
x
+
3
y
2
)
∂
y
=
6
y
=
∂
(
6
x
y
−
1
)
∂
x
=
∂
Q
∂
x
.
{\displaystyle {\partial P \over \partial y}={\partial (2x+3y^{2}) \over \partial y}=6y={\partial (6xy-1) \over \partial x}={\partial Q \over \partial x}.}
Sąlyga, kad kreivinio integralo reikšmė nepriklausytų nuo integravimo kelio
keisti
Kad integralas
∫
L
P
(
x
,
y
)
d
x
+
Q
(
x
,
y
)
d
y
{\displaystyle \int _{L}P(x,y)dx+Q(x,y)dy}
nepriklausytų nuo integravimo kelio jis turi tenkint tokią lygybę:
∂
P
(
x
,
y
)
∂
y
=
∂
Q
(
x
,
y
)
∂
x
{\displaystyle {\partial P(x,y) \over \partial y}={\partial Q(x,y) \over \partial x}}
arba
∂
P
∂
y
−
∂
Q
∂
x
=
0.
{\displaystyle {\partial P \over \partial y}-{\partial Q \over \partial x}=0.}
Trimatis vektorius su dedamosiomis (projekcijomis koordinačių ašims)
P
(
x
,
y
,
z
)
,
{\displaystyle P(x,y,z),}
Q
(
x
,
y
,
z
)
,
{\displaystyle Q(x,y,z),}
R
(
x
,
y
,
z
)
{\displaystyle R(x,y,z)}
išreiškiamas per integralą
∫
A
B
P
d
x
+
Q
d
y
+
R
d
z
,
{\displaystyle \int _{AB}Pdx+Qdy+Rdz,}
nepriklauso nuo integravimo kelio, jei:
∂
P
∂
y
=
∂
Q
∂
x
,
∂
P
∂
z
=
∂
R
∂
x
,
∂
Q
∂
z
=
∂
R
∂
y
.
{\displaystyle {\partial P \over \partial y}={\partial Q \over \partial x},\;{\partial P \over \partial z}={\partial R \over \partial x},\;{\partial Q \over \partial z}={\partial R \over \partial y}.}
Prabolė ir tiesė.
Apskaičiuosime, pavyzdžiui, integralą
∫
A
B
x
d
x
+
x
y
d
y
+
y
d
z
{\displaystyle \int _{AB}xdx+xydy+ydz}
pagal atkarpą tiesės AB , jungiančios taškus A (1; 0; 0) ir B (1; 1; 1). Lygtis tiesės AB :
x
−
1
1
−
1
=
y
−
0
1
−
0
=
z
−
0
1
−
0
,
{\displaystyle {x-1 \over 1-1}={y-0 \over 1-0}={z-0 \over 1-0},}
x
−
1
0
=
y
−
0
1
=
z
−
0
1
,
{\displaystyle {x-1 \over 0}={y-0 \over 1}={z-0 \over 1},}
t. y.
y
=
z
,
{\displaystyle y=z,}
x
−
1
=
0
,
{\displaystyle x-1=0,}
x
=
1.
{\displaystyle x=1.}
Išrinkę parametru y , turime:
∫
A
B
x
d
x
+
x
y
d
y
+
y
d
z
=
∫
0
1
1
⋅
0
+
1
⋅
y
d
y
+
y
d
y
=
∫
0
1
2
y
d
y
=
y
2
|
0
1
=
1.
{\displaystyle \int _{AB}xdx+xydy+ydz=\int _{0}^{1}1\cdot 0+1\cdot ydy+ydy=\int _{0}^{1}2ydy=y^{2}|_{0}^{1}=1.}
Apskaičiuosime dabar tą patį integralą pagal lanką prabolės AB , aprašamos lygtimis
x
=
1
,
{\displaystyle x=1,}
z
=
y
2
.
{\displaystyle z=y^{2}.}
Parinke parametru y (
x
=
1
,
{\displaystyle x=1,}
y
=
y
,
{\displaystyle y=y,}
z
=
y
2
,
{\displaystyle z=y^{2},}
d
z
=
2
y
d
y
,
{\displaystyle dz=2ydy,}
y
A
=
0
,
{\displaystyle y_{A}=0,}
y
B
=
1
{\displaystyle y_{B}=1}
), gausime:
∫
A
B
x
d
x
+
x
y
d
y
+
y
d
z
=
∫
0
1
1
⋅
0
+
1
⋅
y
d
y
+
y
⋅
2
y
=
∫
0
1
(
y
+
2
y
2
)
d
y
=
(
y
2
2
+
2
y
3
3
)
|
0
1
=
1
⋅
3
+
2
⋅
2
2
⋅
3
=
7
6
.
{\displaystyle \int _{AB}xdx+xydy+ydz=\int _{0}^{1}1\cdot 0+1\cdot ydy+y\cdot 2y=\int _{0}^{1}(y+2y^{2})dy=({y^{2} \over 2}+{2y^{3} \over 3})|_{0}^{1}={1\cdot 3+2\cdot 2 \over 2\cdot 3}={7 \over 6}.}
Šis pavyzdys parodo, kad integralo
∫
A
B
x
d
x
+
x
y
d
y
+
y
d
z
{\displaystyle \int _{AB}xdx+xydy+ydz}
reikšmė priklauso nuo formos kreivės pagal kurią vyksta integravimas. Taip yra todėl, nes
∂
P
∂
y
=
0
≠
y
=
∂
Q
∂
x
,
∂
P
∂
z
=
0
=
∂
R
∂
x
,
∂
Q
∂
z
=
0
≠
1
=
∂
R
∂
y
.
{\displaystyle {\partial P \over \partial y}=0\neq y={\partial Q \over \partial x},\;{\partial P \over \partial z}=0={\partial R \over \partial x},\;{\partial Q \over \partial z}=0\neq 1={\partial R \over \partial y}.}