7. Криволинейный интеграл по длине дуги
В предыдущих пунктах мы рассматривали криволинейный интеграл от вектор-функции (криволинейный интеграл по координатам). Однако некоторые задачи приводят к криволинейному интегралу другого рода. Рассмотрим в плоскости
кривую АВ длины
. Пусть вдоль этой кривой распределена масса с линейной плотностью
. Определим массу
кривой. Для этого разобьем кривую АВ точками деления
на
частей, обозначая для единообразия точки А и В соответственно через
Обозначим через
массу дуги
длины
Ясно, что,
Подсчитаем приближенно массу дуги
. Пусть
произвольная точка дуги
. Считая, что плотность в каждой точке дуги
такая же, как в точке
получим приближенное значение массы:
Суммируя, найдем приближенное значение массы
За точное значение массы кривой АВ примем предел суммы (57) при условии, что все
. Итак,
К подобного рода суммам и их пределам приводят и другие задачи. Отвлекаясь от конкретного содержания приведенной задачи, рассмотрим непрерывную функиию
, определенную в точках дуги АВ. Составленная для нее сумма вида (57) называется интегральной суммой. Предел интегральной суммы (57) при условии, что все
называете я криволинейным интегралом от функции
по длине дуги АВ и обозначается символом
или
Итак
Таким образом, масса дуги равна криволинейному интегралу от плотности по длине этой дуги:
Следует обратить внимание на то, что, в отличие от криволинейного интеграла по координатам, криволинейный интеграл по длине дуги не зависит от выбора направления на кривой.
Можно показать, что вычисление криволинейного интеграла по длине дуги сводится к вычислению определенного интеграла.
Если дуга АВ задана уравнением
то
Подынтегральное выражение в правой части равенства (60) получается из подынтегрального выражения в левой части заменой
и дифференциала дуги
на его выражение в декартовых координатах
Пример. Найти массу дуги кривой
между точками с абсциссами
, если плотность
.
Решение. Применяя формулы (59) и (60), получим
Замечание. Часто криволинейный интеграл по длине дуги называют криволинейным интегралом первого рода, а криволинейный интеграл от вектор-функции — криволинейным интегралом второго рода.