微積分基本定理與格林公式之間存在着強大的數學關係

格林公式是高等數學中的重要內容,你要理解它,就需要掌握一元微積分和偏導數的所有內容,格林公式是非常偉大的發現,而且充滿了數學的奧妙,本篇我們就從微積分的基本定理和圖形來解釋格林公式的本質原理:

如下這幅動態圖很巧妙地展示了格林公式的奧秘,至於為什麼,本篇就來解釋這個問題

微積分基本定理與格林公式之間存在着強大的數學關係

首先,微積分的基本定理就是

其中:左圖是原函數圖形,右圖是導數函數圖形,

這個大家都知道,不需要再進行闡述:原函數的y值對應其導數的積分值,簡略的説就是:線面的對應關係

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我們就此把微積分基本定理,推廣到二元函數的情形,根據微積分的基本定理,在二元函數的情況下:原函數F(x,y)的的面積=偏導數的體積

下圖舉例來理解這個原理

我們以橢圓拋物面函數為例:左上角是原函數圖形,右上角是 其偏導數圖形(這裏將y/5畫在ZY座標平面中,所以它是一個平面),那麼圖中平面X=4與F/y的的交線就是

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如果我們把X的所有取值都做相同的動作,如下圖F/y偏導數就是一個類似柱狀的圖形,當然也可能是其他圖形,但肯定是一個封閉的圖形

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我們也就得到如下圖示的結果,從X=0開始,到X=8結束,拋物面上形成一個類似橢圓的封閉圖像,

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用公式表示上述原理就是

上述公式中C1和C2都是沿着一個方向計算,不是一個環,將C1添加一個負號,C1和C2就形成一個閉環,且為逆時針方向

按照同樣的方式,我們就可以得到F關於X的偏導數F/x

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也就是

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同樣,為了形成一個閉環,需將C2添加一個負號,這樣就是逆時針旋轉

這就是把微積分基本定理推廣到二元函數的基本原理,

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如果我們用向量更為具體的來表示格林定理,下圖會更為直觀

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如果我們按書本上的嚴格推導來描述通量和環量,就是如下形式

閉曲線的環量形式

微積分基本定理與格林公式之間存在着強大的數學關係

閉曲線的通量形式

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【來源:電子通信和數學領域】

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