background image

1

Całka krzywoliniowa zorientowana

Definicja

(Łuk zorientowany)

• Łuk, na którym ustalono poczatek i koniec, nazywamy łukiem

zorientowanym.

• Łuk zorientowany oznaczamy symbolem

L

.

• Łuk o orientacji przeciwnej do orientacji łuku

L

oznaczamy

−L

.

• Jeżeli ze wzrostem parametru łuku zorientowanego poruszamy się

po nim w kierunku orientacji, to mówimy, że paranetryzacja łuku

jest zgodna z orientacją.

background image

2

Definicja

Całkę krzywoliniową z funkcji

~

= [P, Q, R]

ciągłej

na łuku gładkim zorientowanym

L

:

~

~

r(t), t ∈ [α, β]

o

parametryzacji zgodnej z orientacją, oznaczamy symbolem

Z

L

~

F ◦ d~

r

lub

Z

L

P dx Q dy R dz




Z

L

P dx Q dy




i określamy wzorem:

Z

L

~

(~

r◦ d~

r

def

=

β

Z

α

~

(~

r(t)) ◦ ~

r

0

(t)

dt.

background image

3

Przypadki szczególne:

• Jeżeli łuk gładki

L

ma parametryzację zgodną z jego orientacją:

~

r(t) = [ x(t, y(t, z(t) ] , t ∈ [α, β]

, to

Z

L

P dx Q dy R dz =

=

β

Z

α

"

(x(t), y(t), z(t)) · x

0

(t) + (x(t), y(t), z(t)) · y

0

(t) +

(x(t), y(t), z(t)) · z

0

(t)

#

dt.

• Jeżeli łuk gładki

L

ma parametryzację zgodną z jego orientacją:

~

r(t) = [ x(t, y(t) ] , t ∈ [α, β]

, to

background image

4

Z

L

P dx Q dy =

=

β

Z

α

"

(x(t), y(t)) · x

0

(t) + (x(t), y(t)) · y

0

(t)

#

dt

• Jeżeli łuk gładki

L

jest wykresem funkcji klasy

C

1

([a, b ])

danej

wzorem

y(x), x ∈ [a, b]

, gdzie orientacja łuku

L

jest od

y(a)

do

y(b)

, to

Z

L

P dx Q dy =

b

Z

a

"

(x, y(x)) + (x, y(x)) · y

0

(x)

#

dx.

background image

5

Przykład

Oblicz całkę

Z

L

y

2

dx + 2xy dy

wzdłuż odcinka zorientowanego o początku w punkcie

A(02)

i końcu

w punkcie

B(42)

.

Przykład

Oblicz całkę

Z

L

−y dx x dy

gdzie łuk zorientowany

L

jest wykresem funkcji

=

3x

dla

0

6 3

.

background image

6

Własności całki krzywoliniowej zorientowanej

Z

L

~

~

G

◦ d~r =

Z

L

~

F ◦ d~

+

Z

L

~

G ◦ d~

r

Z

L

C · ~

F

◦ d~r C ·

Z

L

~

F ◦ d~

r

Z

−L

~

F ◦ d~

Z

L

~

F ◦ d~

r

background image

7

• Jeżeli

łuk

zorientowany

L

jest

kawałkami

gładki

i

L

1

∪ L

2

∪ . . . ∪ L

, to

Z

L

~

F ◦ d~

r

=

Z

L

1

~

F ◦ d~

+

Z

L

2

~

F ◦ d~

. . . +

Z

L

n

~

F ◦ d~

r.

Przykład

Oblicz całkę

Z

L

(y

2

− 2xydx + (y

2

− 2xydy

gdzie łuk zorientowany

L

jest wykresem funkcji

= 1 − |− x|

dla

0

6 2

.

background image

8

Niezależność całki krzywoliniowej od drogi

Twierdzenie

Załóżmy, że pole wektorowe

~

F

jest potencjalne w

obszarze

D ⊂ R

3

(R

2

)

i

~

= grad f

. Wówczas

Z

_

AB

~

F ◦ d~

r

=

(B− f (A).

gdzie

_

AB

jest dowolnym zorientowanym kawałkami gładkim łukiem

o początku

A

i końcu

B

, całkowicie zawartym w

D

.

Przykład

Oblicz całki

a)

Z

_

AB

3y dx + 3x dy,

= (12), B = (40)

background image

9

b)

Z

_

AB

(2x − yzdx + (2y − xzdy + (2z − yxdz,

= (101), B = (110)

Uwaga

Jeżeli pole wektorowe

~

F

jest potencjalne w obszarze

D ⊂ R

3

(R

2

)

i łuk

L

zorientowany, kawałkami gładki i całkowicie

zawarty w

D

jest zamknięty, to

Z

L

~

F ◦ d~

r

=

0.

background image

10

Twierdzenie Greena

Niech

L ⊂ R

2

będzie kawałkami gładkim łukiem zamkniętym.

Obszar płaski ograniczony krzywą

L

oznaczmy

D

.

Mówimy, że orientacja łuku

L

jest dodatnia względem

D

, gdy

poruszając się po łuku

L

, zgodnie z orientacją, obszar

D

mamy

po lewej stronie.

background image

11

Twierdzenie

(Twierdzenie Greena)

Załóżmy, że:

• obszar domknięty

D ⊂ R

2

jest normalny względem obu osi

układu,

• brzeg

L

obszaru

D

jest łukiem zorientowanym dodatnio,

• pole wektorowe

~

= [P, Q]

jest różniczkowalne w sposób ciągły

na

D

.

Wówczas

Z

L

P dx Q dy =

Z

D

Z




∂Q

∂x

∂P

∂y




dxdy.

background image

12

Przykład

Oblicz całkę

Z

L

y dx − (ydy

jeżeli

L

jest krzywą zamkniętą zorientowaną dodatnio złożoną z

łuków:

x

i

= 4

.

Przykład

Oblicz całkę

Z

L

(3x − ydx + (+ 2ydy

jeżeli

L

jest okręgiem zorientowanym ujemnie:

x

2

y

2

= 36

.