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,为强调是,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:
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,那么就说是 与路径无关 的。
将掉转方向就得到其,如下图所示,此时和构成了。
根据和这两个性质,以及,可得出:
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和,那么可得:
只要取的,根据上式就可以推出,也就是推出了是 与路径无关 的。
设是且是,是内的一个,若与都在内,则:
(1)证明“”。因为是,即存在一个数量函数使得,结合上定理中给出的条件,根据,可推出在内与路径无关。 (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:
因为是,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:
对上式求关于的,注意其中的是常数:
因为,所以:
因为点到点没有发生变化,所以,从而:
同理可得,因此有: