与路径无关的充要条件

1 与路径无关
在区域上是 与路径无关 的,当且仅当对于区域上的任意,有:

特别的,为强调,常在积分符号上加圈,即将上式写作

上述定义简单来说就是:

2 根据与路径无关推出

先来理解其中的“”。如下图所示,其中的代表了从点到点的任意光滑有向曲线弧。之前解释过如果有,那么就说 与路径无关 的。

掉转方向就得到其,如下图所示,此时构成了

根据这两个性质,以及,可得出:

3 根据推出“与路径无关”

再来理解其中的“”,其实就是刚才的过程反过来,假设有,可以在上任意取两个点作为点和点,将分为两条光滑曲线弧,那么可得:

只要取,根据上式就可以推出,也就是推出了 与路径无关 的。

4 保守场以及与路径无关
且是内的一个,若都在,则:

(1)证明“”。因为,即存在一个数量函数使得,结合上定理中给出的条件,根据,可推出内与路径无关。

        (2)证明“”。设点为内的固定点,而点是内的任意一点,构造如下,该类似于《马同学图解微积分·上》中介绍过的

因为,所以点的某必然在内,在该邻域内选取点,其中,如下图所示。下图中还作出了从点到点的一条有向光滑曲线弧,以及从点到点的有向直线

因为与路径无关,所以:

对上式求关于,注意其中的是常数:

因为,所以:

因为点到没有发生变化,所以,从而:

同理可得,因此有:

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