格林公式7

redufa發表於2024-10-07
例1 計算積分

\[I=\int_Cx^2ydx-xy^2dy, \]

其中C是上半圓 \(\begin{aligned} & \text{ }x^2+y^2=a^2,y\geqslant0,\text{ }\\ & \end{aligned}\) 逆時間方向

\[\begin{aligned} & \text{ }x^2+y^2=a^2,y\geqslant0,\text{ }\\ & \end{aligned} \]

考慮到上半圓的邊界,他由C以及\((x,0) \quad (x\in [-a,a])\) 組成,在上半圓用Green公式,得

\[I=\int_{\{x^2+y^2\leqslant a^2, y\geqslant0\}}(-x^2-y^2)dxdy=-\int_0^\pi d\theta\int_0^ar^3dr=-\frac{\pi}{4}a^4. \]

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例2 計算積分

設 Ω 為包含原點的有界區域 , 其邊界為 C 1 曲線 , 方向為誘導定向 . 計算積分

\[\begin{aligned}I=\int_{\partial\Omega}\frac{-ydx}{x^2+y^2}+\frac{xdy}{x^2+y^2}.\end{aligned} \]

取中心為原點的小圓 \(x^2 + y^2 = \varepsilon^2\) , 使得 $B_{\varepsilon}(0)\subset\Omega \(. 小圓上的定向規定為逆時針方向 ( 從而與誘導定向相反 ), 在區域\)B_{\varepsilon}(0)\subset\Omega $中利用 Green 公式 , 得

\[\begin{aligned} \text{I}& =\int_{x^2+y^2=\varepsilon^2}\left(\frac{-ydx}{x^2+y^2}+\frac{xdy}{x^2+y^2}\right) \\ &+\int_{\Omega-B_{\varepsilon}(0)}\Big[\frac{\partial}{\partial x}\Big(\frac{x}{x^{2}+y^{2}}\Big)+\frac{\partial}{\partial y}\Big(\frac{y}{x^{2}+y^{2}}\Big)\Big]dxdy \\ &=\int_0^{2\pi}d\theta=2\pi. \end{aligned} \]

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