不和自己相交的曲线称为 简单曲线 (Simple curve),头尾相接的曲线称为 闭曲线 (Closed curve)。这两个概念是可以组合的,如下面这些图像所示。
某平面区域,若其中任一简单闭曲线所围成的部分都属于,那么就称为 简单连通域 (Simply-connected region),或简称为 单连通域 ,如下图左侧所示。否则称为 复杂连通域 (Not simply-connected region),或简称为 复连通域 ,如下图右侧所示。直观来理解就是,单连通域不包含“洞”,而复连通域包含“洞”。
若存在一个数量函数,使得,则数量函数称为向量场的 势函数 (Potential function),而向量场称为 保守场 (Conservative vector field)。
比如重力势能函数和重力场,因为有,重力势能函数是重力场的势函数,该函数的名也体现了这一点;而重力场是一个保守场。
设平面区域为一个单连通域,向量场在上有定义,若与都在上具有一阶连续偏导数,且:
(1)证明“”。因为,所以存在数量函数使得,即:
由于与都在上具有一阶连续偏导数,根据,所以:
(2)证明“”,这很容易通过之后要学习的推出,届时再给出具体的证明。
关于保守场,下列说法正确的是:
保守场中,路径积分的值与路径的选择无关
保守场中,路径积分的值与路径的选择有关
保守场中不存在势函数
保守场的定义与单连通域无关
A选项正确,因为在保守场中,路径积分只与起点和终点有关,与路径的具体形状无关
B选项不正确,它与保守场的定义矛盾
C选项不正确,保守场的一个特征是存在势函数
D选项不正确,保守场的定义通常要求在单连通域内,以确保势函数的存在