La integral de línea de un campo escalar en $R^2$
se representa por $\int_C f(x,y){\kern 1pt} ds$ siendo:
La integral de línea de un campo escalar en $R^3$
se representa por $\int_C f(x,y,z){\kern 1pt} ds$ siendo:
-
C una curva en el espacio
-
$f(x,y,z)$ una función continua sobre C
-
ds el diferencial de arco
Definición (Diferencial de arco).- Dada una curva C, se llama diferencial de arco a la longitud del arco elemental, que se define como
$ds = \sqrt {d{x^2} + d{y^2}} $, en ${R^2}$ y como
$ds = \sqrt {d{x^2} + d{y^2} + d{z^2}} $, en ${R^3}$.
Dependiendo de la ecuación de la curva, esta diferencial y la
integral de línea toma distintas expresiones.
Curva en cartesianas
Curva plana:
Para la curva C dada por $y = \varphi (x) con \quad x \in \left[ {a,b}
\right] $, continua con derivada continua, se busca una aproximación ($\Delta s$ en la figura) para la longitud del arco correspondiente a un cambio ($\Delta
x$ en la figura) en la variable x.

Para ello tomamos un punto ${x_0}$ cualquiera entre $x$ y $x + \Delta x$ y trazamos por él la tangente a la curva. La longitud del segmento de tangente que se proyecta sobre $[x,x + \Delta x]$ es $\Delta s$ y cuando $\Delta x$ tiende a cero, $\Delta s$ tiende a $ds$.
$$\Delta s = \sqrt {1 + \varphi '{{({x_0})}^2}} \Delta x$$ $$\quad
ds = \mathop {\lim }\limits_{\Delta x \to 0} \Delta s = \sqrt {1 +
\varphi '{{(x)}^2}} dx$$
En este caso la integral de línea de la función $f(x,y)$ sobre C es,
$$\int\limits_C {f(x,y)ds} = \int\limits_a^b {f(x,\varphi (x))\sqrt {1 + \varphi '{{(x)}^2}\,} } dx$$
Curva en el espacio:
En el caso de que la curva C venga dada como intersección de dos
superficies se deberá parametrizar la curva como se indica en el
siguiente apartado.
Curva en paramétricas
- En ${R^2} $: ${\bf{r}}(t) = (x(t),y(t)) ,\,\,\, t \in \left[
a, b \right]$ , con $x(t)$ e $y(t)$ y derivables con derivada
continua. El elemento diferencial de arco es, $$ds = \sqrt
{x'{{(t)}^2} + y'{{(t)}^2}} dt = |r'(t)|dt$$ y la integral de
línea de $f$ sobre $C$ es$$\int_C f(x,y){\kern 1pt} ds =
\int_a^b f(x(t),y(t))\sqrt {x'{{(t)}^2} + y'{{(t)}^2}} {\kern
1pt} dt$$
- En ${R^3}$ : ${\bf{r}}(t) = (x(t),y(t),z(t))
,\,\,\, t \in \left[ a, b \right]$ , con $x(t)$, $y(t)$ y $z(t)$
derivables con derivada continua. El elemento diferencial de
arco es, $$ds = \sqrt {x'{{(t)}^2} + y'{{(t)}^2} + z'{{(t)}^2}}
dt = |r'(t)|dt$$La integral de línea $f$ sobre $C$ es,
$$\int_C f(x,y,z){\kern 1pt} ds = \int_a^b
f(x(t),y(t),z(t))\sqrt {x'{{(t)}^2} + y'{{(t)}^2} + z'{{(t)}^2}}
{\kern 1pt} dt$$En
el caso de que la curva C venga dada como intersección de dos
superficies $$\left\{ \matrix{
F(x,y,z) = 0 \cr
G(x,y,z) = 0 \cr} \right.$$ se intentará parametrizar la
curva. Esto siempre se puede hacer eligiendo una variable
independiente entre $x,\,\,y,\,\,z$ y poniendo las otras dos
variables en función de la elegida, utilizando las ecuaciones de
las superficies. Supongamos que se ha elegido la variable $x$
como independiente. De las ecuaciones de las superficies
despejaríamos $y = y(x),\,\,z = z(x)$, que sustituidas en la
integral de línea conducirían a una integral en la variable $x$:
$$\int\limits_C {f(x,y,z)ds} = \int\limits_{{x_0}}^{{x_1}}
{f\left( {x,y(x),z(x)} \right)\sqrt {1 + y'{{(x)}^2} +
z'{{(x)}^2}} \,dx} $$
Curva plana en polares
La curva en polares $r = r(\theta ),\,\,\,\theta \in \left[ {{\theta _0},{\theta _1}} \right]$ , con $r$ una función continua con derivada continua se puede expresar por las ecuaciones paramétricas
$$x(\theta ) = r(\theta ){\kern 1pt} \cos \theta \;\;,\;\;y(\theta ) = r(\theta ){\kern 1pt} {\kern 1pt} {\mathop{\rm sen}\nolimits} {\kern 1pt} {\kern 1pt} \theta ,\,\,\,\theta \in \left[ {{\theta _0},{\theta _1}} \right]$$
Aplicando la definición del diferencial de arco para una curva en paramétricas y simplificando, se obtiene que para este caso
$$ds = \sqrt {r{{(\theta )}^2} + r'{{(\theta )}^2}} {\kern 1pt} d\theta $$
La integral de línea de $f$ sobre $C$ es,
$$\int\limits_C {f(x,y)ds} = \int\limits_{{\theta _0}}^{{\theta _1}} {f(r(\theta )\cos \theta ,r(\theta ){\mathop{\rm sen}\nolimits} \theta )\sqrt {r{{(\theta )}^2} + r'{{(\theta )}^2}\,} } d\theta $$