1、 22.2 曲线积分和路径无关性1/7 定理 若函数 在区域 上有连续偏导数,是单连通区域,那么以下四条相互等价:(i)对任一全部含在 内闭路 ,(ii)对任一全部含在 内曲线 ,曲线积分与路径无关(只依赖曲线端点);(iii)微分式 在 内是某一个函数 全微分,即 ;(iv)在 内处处成立。证实2/7 当曲线积分和路径无关时,即满足上面诸条件,如令点 固定而点 为区域 内任意一点,那么由积分所定义函数在 内连续而且单值。这个函数 为一个原函数,它和定积分中所述原函数相仿并有以下性质:1 .这由刚才证实即得。2利用原函数 来计算曲线积分这里 ,和 分别为 ,点坐标。是一个3/7记号,它等于 。
2、剩下来还要说明怎样求 原函数。设 和 满足定理条件 。所以必存在原函数 使 ,同时 曲线积分与路径无关。在区域 内固定一点 ,对 内任何点 ,沿两条直线 和 从点 到点 积分,得其中 ,一样不难验证 也是 一个原函数。以下考虑非单连通区域情形,并引进一个主要概念:循环常数,在曲线积分与路径无关定理中,它理论是建立在两个假定之上(i)所考虑区域 是单连通,即没有“洞”;(ii)函数 ,及其偏导数4/7在 内连续。假如这两个条件被破坏了,普通来说,上面那些断言将不会成立。现在讨论区域内有一个奇点 情形。这时,假如闭路中包含一奇点,格林公式就不能应用。我们考虑两条闭路 ,都逆时针绕奇点 一圈,可用线
3、段 将和 联结起来,在 及 上沿逆时针方向积分,即得所以即围绕某一奇点任两条闭路沿同一方向积分相等。所以,对区域 中任何闭路 ,它或者不绕过奇点 ,或者绕过 周,这时积分值就是5/7 倍。只围绕奇点 一周闭路上积分值叫做区域 循环常数,循环常数,记为 ,于是,对 内任一闭路 ,这里 为沿闭路 按逆时针方向绕 圈数。比如当 时 假如它按逆时针方向绕 圈数为 ,按顺时6/7针方向绕 圈数为 ,那么 。假如 内有 个奇点 ,在 周围作一环路使它不包含其它奇点,则沿闭路积分 就是一个循环常数。区域 共有 个循环常数 ,若 为任意含在 内闭路,它围绕点 周数为 ,这里 算法和上述 相同,则全部沿 内任意闭路积分都有这么形式。例 计算7/7