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Math 2.0 示范单元 · 格林公式

ch10 曲线积分与曲面积分 | 证明重构 + 条件消融 | 零外链·本地 KaTeX
定理:设 $D$ 是由分段光滑闭曲线 $L$ 围成的平面闭区域,$P,Q$ 在 $D$ 上具有一阶连续偏导数,则 $\oint_L P\,dx+Q\,dy=\iint_D\left(\dfrac{\partial Q}{\partial x}-\dfrac{\partial P}{\partial y}\right)d\sigma$($L$ 取正向)。

四、条件消融实验

消融 · 摘掉【$P,Q$ 在 $D$ 上一阶连续偏导(出现奇点)】★★

崩塌点预测:奇点处偏导不存在/不连续,公式失效;直观是绕奇点出现净环流

预测

验证

反思

迁移

GeoGebra 反例脚本(粘贴即用)

# ==================================================
# 消融实验可视化:绕原点的环流函数
# 定理:green_thm
# 去掉的条件:$P,Q$ 在 $D$ 上一阶连续偏导(出现奇点)
# 粘贴到 GeoGebra 经典版(CAS/绘图区均可逐行执行)
# ==================================================

# --- 1. 参数滑块:把反例的关键特征做成可拖动的参数 ---
a = 1
b = 1
t = Slider(1, 1, 0.01)
k = Slider(0.1, 5, 0.1)

# --- 2. 反例函数(来自 theorem_library) ---
P(x,y) = -y/(x^2 + y^2)
Q(x,y) = x/(x^2 + y^2)

# --- 3. 参照对象:弦/平均线 ---
A = (1, f(1))
B = (1, f(1))
secant: Line(A, B)   # 弦:平均变化率的几何化身

# --- 4. 探索引导 ---
# ① 拖动 t:观察函数关键点移动时,弦与切线是否可能平行
# ② 调整 k:观察'崩塌程度'如何变化
# ③ 思考:把 t 拖回区间端点之外(修复条件)时,结论是否复活?

# --- 5. 复活实验(把条件'修回去') ---
# 例(端点连续性消融):把 f 的跳跃改成连续过渡,例如
#   f_fix(x) = If(x < t, x, k*t + (x - t)/(b - t)*(f(b) - k*t))
# 观察:连续性修复后,必存在切点与弦平行(拉格朗日'复活')

定理条件消融实验单:格林(Green)公式

日期:2026-10-14  姓名:______  难度:★★

实验公告

> 今天你是定理条件侦探。我们将对下面这条定理做一个'外科手术':
> 摘掉它的一个条件,观察定理是否还能存活。

定理:设 $D$ 是由分段光滑闭曲线 $L$ 围成的平面闭区域,$P,Q$ 在 $D$ 上具有一阶连续偏导数,则 $\oint_L P\,dx+Q\,dy=\iint_D\left(\dfrac{\partial Q}{\partial x}-\dfrac{\partial P}{\partial y}\right)d\sigma$($L$ 取正向)。

本次手术:摘掉条件【$P,Q$ 在 $D$ 上一阶连续偏导(出现奇点)】(保留:$L$ 为分段光滑的闭曲线(取正向)、$P,Q$ 在 $D$ 上一阶连续偏导、$D$ 为(分段光滑边界围成的)闭区域)

第一段:预测(不许偷看反例!)

> ⚠️ 先独立完成本段,老师口令之后才能翻到第二段。
  1. 如果去掉【$P,Q$ 在 $D$ 上一阶连续偏导(出现奇点)】,你认为结论还成立吗?先投票,再写下你的理由。
  1. 回看证明,指出【$P,Q$ 在 $D$ 上一阶连续偏导(出现奇点)】在哪一步被用到?(步骤编号见证明包)
  1. 若结论不再成立,你猜反例会'长什么样'?(间断?尖点?振荡?)
  1. 若结论碰巧仍成立,这说明条件'不可少'还是'可减弱'?两者有什么区别?

我的最终判断: 结论仍成立 / 结论失效 / 不确定  理由:________

第二段:验证

反例:绕原点的环流函数

> 在挖去原点的区域内 $\partial Q/\partial x-\partial P/\partial y\equiv 0$,但绕原点单位圆 $\oint_L P\,dx+Q\,dy=2\pi\ne0$。崩塌点:原点处 $P,Q$ 无定义、偏导不连续。

你的任务:

第一个崩塌的步骤:______ 与我的预测是否一致: 是 / 否 / 部分一致

GeoGebra 观察记录(一句话):__________________

第三段:反思

苏格拉底追问链(每题至少写两句话):

  1. 崩塌发生在证明的哪一步?那一步用了被去掉的条件吗?
  1. 如果把被去掉的条件'弱化'而不是删除,哪一步还能撑住?
  1. 这个反例能帮你识别 AI 证明里的哪类偷换条件?

第四段:迁移

从本定理出发,仿照本次实验,为另一个定理设计一次消融实验(写出:去掉哪个条件、预测哪里崩、草拟反例)。

提交物:一页消融设计卡

侦探笔记(误区自检)

> 教师批注区:
>

消融 · 摘掉【边界取『正向』】★

崩塌点预测:边界定向不取正向时,等式右端整体反号

预测

验证

反思

迁移

GeoGebra 反例脚本(粘贴即用)

# ==================================================
# 消融实验可视化:单位圆取负向
# 定理:green_thm
# 去掉的条件:边界取『正向』
# 粘贴到 GeoGebra 经典版(CAS/绘图区均可逐行执行)
# ==================================================

# --- 1. 参数滑块:把反例的关键特征做成可拖动的参数 ---
a = 1
b = 1
t = Slider(1, 1, 0.01)
k = Slider(0.1, 5, 0.1)

# --- 2. 反例函数(来自 theorem_library) ---
P(x,y) = -y
Q(x,y) = x

# --- 3. 参照对象:弦/平均线 ---
A = (1, f(1))
B = (1, f(1))
secant: Line(A, B)   # 弦:平均变化率的几何化身

# --- 4. 探索引导 ---
# ① 拖动 t:观察函数关键点移动时,弦与切线是否可能平行
# ② 调整 k:观察'崩塌程度'如何变化
# ③ 思考:把 t 拖回区间端点之外(修复条件)时,结论是否复活?

# --- 5. 复活实验(把条件'修回去') ---
# 例(端点连续性消融):把 f 的跳跃改成连续过渡,例如
#   f_fix(x) = If(x < t, x, k*t + (x - t)/(b - t)*(f(b) - k*t))
# 观察:连续性修复后,必存在切点与弦平行(拉格朗日'复活')

定理条件消融实验单:格林(Green)公式

日期:2026-10-14  姓名:______  难度:★

实验公告

> 今天你是定理条件侦探。我们将对下面这条定理做一个'外科手术':
> 摘掉它的一个条件,观察定理是否还能存活。

定理:设 $D$ 是由分段光滑闭曲线 $L$ 围成的平面闭区域,$P,Q$ 在 $D$ 上具有一阶连续偏导数,则 $\oint_L P\,dx+Q\,dy=\iint_D\left(\dfrac{\partial Q}{\partial x}-\dfrac{\partial P}{\partial y}\right)d\sigma$($L$ 取正向)。

本次手术:摘掉条件【边界取『正向』】(保留:$L$ 为分段光滑的闭曲线(取正向)、$P,Q$ 在 $D$ 上一阶连续偏导、$D$ 为(分段光滑边界围成的)闭区域)

第一段:预测(不许偷看反例!)

> ⚠️ 先独立完成本段,老师口令之后才能翻到第二段。
  1. 如果去掉【边界取『正向』】,你认为结论还成立吗?先投票,再写下你的理由。
  1. 回看证明,指出【边界取『正向』】在哪一步被用到?(步骤编号见证明包)
  1. 若结论不再成立,你猜反例会'长什么样'?(间断?尖点?振荡?)
  1. 若结论碰巧仍成立,这说明条件'不可少'还是'可减弱'?两者有什么区别?

我的最终判断: 结论仍成立 / 结论失效 / 不确定  理由:________

第二段:验证

反例:单位圆取负向

> 取 $P=-y,Q=x$,正向上 $\oint=\iint_D 2\,d\sigma=2\pi$;若 $L$ 取负向(顺时针),则 $\oint=-2\pi$。定向是公式成立的必要约定。

你的任务:

第一个崩塌的步骤:______ 与我的预测是否一致: 是 / 否 / 部分一致

GeoGebra 观察记录(一句话):__________________

第三段:反思

苏格拉底追问链(每题至少写两句话):

  1. 崩塌发生在证明的哪一步?那一步用了被去掉的条件吗?
  1. 如果把被去掉的条件'弱化'而不是删除,哪一步还能撑住?
  1. 这个反例能帮你识别 AI 证明里的哪类偷换条件?

第四段:迁移

从本定理出发,仿照本次实验,为另一个定理设计一次消融实验(写出:去掉哪个条件、预测哪里崩、草拟反例)。

提交物:一页消融设计卡

侦探笔记(误区自检)

> 教师批注区:
>
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