Krivkový integrál
Krivkový integrál prvého druhu
Príklad 3: Vypočítajte krivkový integrál \int_K\sqrt{2y} \ \mathrm{d}s, ak K je krivka s parametrickým vyjadrením: x=a(t-\sin t), y=a(1-\cos t); t\in\langle 0; 2\pi\rangle.
Riešenie: Keďže krivkový integrál 1. druhu možno vypočítať pomocou vzťahu
\int_K f(x,y)\ \mathrm{d}s=\int^{\beta}_{\alpha}f\left(x(t),y(t)\right)\cdot\sqrt{(x^{\prime}(t))^2+(y^{\prime}(t))^2}\ \mathrm{d}t
ako jednoduchý integrál, predpripravíme si niektoré elementy jeho podintegrálnej funkcie:
(x(t))^{\prime}=(a (t-\sin t))^{\prime}=a (1-\cos t)
\Longrightarrow(x^{\prime}(t))^2=a^2(1-\cos t)^2=a^2(1-2\cos t+\cos^2 t),
(y(t))^{\prime}=(a (1-\cos t))^{\prime}=a (0+\sin t)=a \sin t
\Longrightarrow(y^{\prime}(t))^2=a^2\sin^2 t.
Teda
\int_K f(x,y)\ \mathrm{d}s
=\int^{2\pi}_0\sqrt{2 a (1-\cos t)} \sqrt{a^2(1-2\cos t+\cos^2 t)+a^2\sin^2 t}\ \mathrm{d}t
=\int^{2\pi}_0\sqrt{2}\sqrt{a}\sqrt{1-\cos t} \sqrt{a^2(1-2\cos t+(\underbrace{\cos^2 t+\sin^2 t}_1))}\ \mathrm{d}t
=\int^{2\pi}_0\sqrt{2} \sqrt{a} \sqrt{1-\cos t} \sqrt{a^2(2-2\cos t)}\ \mathrm{d}t
=\int^{2\pi}_0\sqrt{2} \sqrt{a}\sqrt{1-\cos t}\sqrt{a^2} \sqrt{2} \sqrt{1-\cos t}\ \mathrm{d}t
=\int^{2\pi}_02 a^{\frac{3}{2}} (1-\cos t)\ \mathrm{d}t=2a^{\frac{3}{2}}\int^{2\pi}_0(1-\cos t)\ \mathrm{d}t
=2a^{\frac{3}{2}}\left[t-\sin t\right]_0^{2\pi}=2a^{\frac{3}{2}}\left[(2\pi-\sin {2\pi})-(0-\sin 0)\right]=4\pi a^{\frac{3}{2}}.
Záver:
\int_K\sqrt{2y}\ \mathrm{d}s=4\pi a^{\frac{3}{2}}.
No comments:
Post a Comment