← 全部问题如何计算涡旋场沿半圆路径的线积分?
要计算
F=(x2+y2−y,x2+y2x) 沿以原点为中心、半径为
R 的半圆的线积分,请使用极坐标对路径进行参数化。对于从
(−R,0) 到
(R,0) 的上半圆,使用
x=Rcost,y=Rsint,其中
t 从
π 变到
0。点积
F⋅dr 简化为
dt。对
dt 从
π 到
0 积分得到
−π。同样,对于下半圆,
t 从
−π 变到
0(或
π 到
2π),得到
+π。
适用条件
- 路径是以原点为中心的半圆。
- 半径 R 是常数。
- 场是标准的涡旋场。
理解与推导
- 使用 x(t) 和 y(t) 对半圆路径进行参数化。
- 计算微分向量 dr=(dx,dy)。
- 将参数化代入向量场 F。
- 计算点积 F⋅dr。
- 简化表达式(它减少为 dt)。
- 在适当的限内对 t 进行积分。
- 比较上下路径的结果。
例子
上路:t:π→0⟹∫π0dt=−π。下路:t:−π→0⟹∫−π0dt=π。
容易误解的地方
- 忘记根据方向调整积分限。
- 因为旋度为零而假设积分为零。
- 错误地对角度 t 进行参数化。
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