## Приложения криволинейных интегралов первого рода ### Вычисление длины кривой Длина кривой $C$, параметризованной как $(x(t), y(t), z(t))$ для $t \in [a, b]$, можно вычислить с помощью криволинейного интеграла первого рода: $$L=\int_{C}ds=\int_{a}^{b}\sqrt{\left(\frac{dx}{dt}\right)^2+\left(\frac{dy}{dt}\right)^2+\left(\frac{dz}{dt}\right)^2}\,dt.$$ #### Пример Рассмотрим пример вычисления длины кривой, параметризованной как $(x(t), y(t), z(t)) = (t, t^2, t^3)$ для $t \in [0, 1]$. Сначала вычислим производные: $$\frac{dx}{dt}=1,$$ $$\frac{dy}{dt}=2t,$$ $$\frac{dz}{dt}=3t^2.$$ Теперь вычислим элемент длины дуги: $$ds=\sqrt{\left(\frac{dx}{dt}\right)^2+\left(\frac{dy}{dt}\right)^2+\left(\frac{dz}{dt}\right)^2}\,dt=\sqrt{1+(2t)^2+(3t^2)^2}\,dt=\sqrt{1+4t^2+9t^4}\,dt.$$ Теперь подставим все в формулу криволинейного интеграла: $$L=\int_{0}^{1}\sqrt{1+4t^2+9t^4}\,dt.$$ Для вычисления этого интеграла можно использовать численные методы или специальные функции. ### Вычисление массы проволоки Масса проволоки, имеющей переменную линейную плотность $\rho(x, y, z)$, заданную как функция координат $(x, y, z)$, можно вычислить с помощью криволинейного интеграла первого рода: $$M=\int_{C}\rho(x,y,z)\,ds.$$ #### Пример Рассмотрим пример вычисления массы проволоки, параметризованной как $(x(t), y(t), z(t)) = (t, t^2, t^3)$ для $t \in [0, 1]$ с линейной плотностью $\rho(x, y, z) = x^2 + y^2 + z^2$. Сначала вычислим производные: $$\frac{dx}{dt}=1,$$ $$\frac{dy}{dt}=2t,$$ $$\frac{dz}{dt}=3t^2.$$ Теперь вычислим элемент длины дуги: $$ds=\sqrt{1+4t^2+9t^4}\,dt.$$ Теперь подставим все в формулу криволинейного интеграла: $$M=\int_{0}^{1}(t^2+(t^2)^2+(t^3)^2)\sqrt{1+4t^2+9t^4}\,dt.$$ Для вычисления этого интеграла можно использовать численные методы или специальные функции. ### Вычисление центра масс Координаты центра масс проволоки, имеющей переменную линейную плотность $\rho(x, y, z)$, можно вычислить с помощью криволинейных интегралов первого рода: $$x_c=\frac{\int_{C}x\rho(x,y,z)\,ds}{\int_{C}\rho(x,y,z)\,ds},$$ $$y_c=\frac{\int_{C}y\rho(x,y,z)\,ds}{\int_{C}\rho(x,y,z)\,ds},$$ $$z_c=\frac{\int_{C}z\rho(x,y,z)\,ds}{\int_{C}\rho(x,y,z)\,ds}.$$ ### Вычисление моментов инерции Моменты инерции проволоки относительно осей $x$, $y$ и $z$ можно вычислить с помощью криволинейных интегралов первого рода: $$I_x=\int_{C}(y^2+z^2)\rho(x,y,z)\,ds,$$ $$I_y=\int_{C}(x^2+z^2)\rho(x,y,z)\,ds,$$ $$I_z=\int_{C}(x^2+y^2)\rho(x,y,z)\,ds.$$ #### Пример Рассмотрим пример вычисления момента инерции проволоки, параметризованной как $(x(t), y(t), z(t)) = (t, t^2, t^3)$ для $t \in [0, 1]$ с линейной плотностью $\rho(x, y, z) = 1$. Сначала вычислим производные: $$\frac{dx}{dt}=1,$$ $$\frac{dy}{dt}=2t,$$ $$\frac{dz}{dt}=3t^2.$$ Теперь вычислим элемент длины дуги: $$ds=\sqrt{1+4t^2+9t^4}\,dt.$$ Теперь подставим все в формулу криволинейного интеграла для момента инерции относительно оси $z$: $$I_z=\int_{0}^{1}(t^2+(t^2)^2)\sqrt{1+4t^2+9t^4}\,dt.$$ Для вычисления этого интеграла можно использовать численные методы или специальные функции.