题目
6.求int_(L)(x^5y-y)dx+((x^6)/(6)+x)dy.其中L是x^2+y^2=R^2在第一象限由(0,R)到(R,0)的弧段.
6.求$\int_{L}(x^{5}y-y)dx+(\frac{x^{6}}{6}+x)dy$.其中L是$x^{2}+y^{2}=R^{2}$在第一象限由(0,R)到(R,0)的弧段.
题目解答
答案
为了求解曲线积分 $\int_{L}(x^{5}y-y)dx+(\frac{x^{6}}{6}+x)dy$,其中 $L$ 是圆 $x^2 + y^2 = R^2$ 在第一象限由 $(0, R)$ 到 $(R, 0)$ 的弧段,我们可以使用格林公式。格林公式指出,对于一个正向、分段光滑、简单闭曲线 $C$ 和一个平面区域 $D$,如果 $P(x, y)$ 和 $Q(x, y)$ 在 $D$ 上具有一阶连续偏导数,那么
\[
\int_C P \, dx + Q \, dy = \iint_D \left( \frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y} \right) \, dA.
\]
然而,由于 $L$ 只是圆在第一象限的弧段,我们需要将 $L$ 扩展成一个闭曲线,然后使用格林公式。我们可以将 $L$ 扩展成一个由 $L$ 和 $x$-轴、$y$-轴组成的闭曲线 $C$,然后在 $C$ 上使用格林公式,最后减去在 $x$-轴和 $y$-轴上的积分。
首先,我们计算 $\frac{\partial Q}{\partial x}$ 和 $\frac{\partial P}{\partial y}$:
\[
P(x, y) = x^5 y - y, \quad Q(x, y) = \frac{x^6}{6} + x,
\]
\[
\frac{\partial Q}{\partial x} = x^5 + 1, \quad \frac{\partial P}{\partial y} = x^5 - 1.
\]
因此,
\[
\frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y} = (x^5 + 1) - (x^5 - 1) = 2.
\]
现在,我们使用格林公式计算闭曲线 $C$ 上的积分,其中 $C$ 是由 $L$、$x$-轴和 $y$-轴组成的闭曲线。闭曲线 $C$ 所围成的区域 $D$ 是圆 $x^2 + y^2 = R^2$ 的第一象限部分,其面积为 $\frac{\pi R^2}{4}$。根据格林公式,我们有
\[
\int_C (x^5 y - y) \, dx + \left( \frac{x^6}{6} + x \right) \, dy = \iint_D 2 \, dA = 2 \cdot \frac{\pi R^2}{4} = \frac{\pi R^2}{2}.
\]
接下来,我们需要计算在 $x$-轴和 $y$-轴上的积分。在 $x$-轴上, $y = 0$, $dy = 0$,积分变为
\[
\int_0^R (x^5 \cdot 0 - 0) \, dx + \left( \frac{x^6}{6} + x \right) \cdot 0 = 0.
\]
在 $y$-轴上, $x = 0$, $dx = 0$,积分变为
\[
\int_R^0 (0^5 y - y) \cdot 0 + \left( \frac{0^6}{6} + 0 \right) \, dy = 0.
\]
因此, $x$-轴和 $y$-轴上的积分之和为 $0$。所以, $L$ 上的积分等于闭曲线 $C$ 上的积分,即
\[
\int_L (x^5 y - y) \, dx + \left( \frac{x^6}{6} + x \right) \, dy = \frac{\pi R^2}{2}.
\]
最后,答案是
\[
\boxed{\frac{\pi R^2}{2}}.
\]