题目
设L为上半圆周 y=sqrt(1-x^2),方向为逆时针,则 int_(L)(x^2+y^2)dx+(x+2xy)dy=().A. (pi)/(2)B. -(2)/(3)C. (pi)/(2)-(2)/(3)D. (pi)/(2)+(2)/(3)
设L为上半圆周 $y=\sqrt{1-x^2}$,方向为逆时针,则 $\int_{L}(x^2+y^2)dx+(x+2xy)dy=$().
A. $\frac{\pi}{2}$
B. $-\frac{2}{3}$
C. $\frac{\pi}{2}-\frac{2}{3}$
D. $\frac{\pi}{2}+\frac{2}{3}$
题目解答
答案
C. $\frac{\pi}{2}-\frac{2}{3}$
解析
步骤 1:参数化曲线
将曲线 $L$ 参数化为 $x = \cos t$,$y = \sin t$,其中 $t$ 从 $0$ 到 $\pi$。则 $dx = -\sin t \, dt$,$dy = \cos t \, dt$。
步骤 2:代入曲线积分
代入曲线积分得: \[ \int_{0}^{\pi} \left[ (\cos^2 t + \sin^2 t)(-\sin t) + (\cos t + 2 \cos t \sin t) \cos t \right] \, dt = \int_{0}^{\pi} \left[ -\sin t + \cos^2 t + 2 \cos^2 t \sin t \right] \, dt. \]
步骤 3:拆分积分并计算
拆分积分并计算: \[ \int_{0}^{\pi} -\sin t \, dt = -2, \quad \int_{0}^{\pi} \cos^2 t \, dt = \frac{\pi}{2}, \quad \int_{0}^{\pi} 2 \cos^2 t \sin t \, dt = \frac{4}{3}. \]
步骤 4:相加得结果
相加得: \[ -2 + \frac{\pi}{2} + \frac{4}{3} = \frac{\pi}{2} - \frac{2}{3}. \]
步骤 5:使用格林公式
或使用格林公式,添加x轴上从 $(-1,0)$ 到 $(1,0)$ 的路径,围成半圆。二重积分为半圆面积 $\frac{\pi}{2}$,x轴上积分为 $\frac{2}{3}$,故原积分为 $\frac{\pi}{2} - \frac{2}{3}$。
将曲线 $L$ 参数化为 $x = \cos t$,$y = \sin t$,其中 $t$ 从 $0$ 到 $\pi$。则 $dx = -\sin t \, dt$,$dy = \cos t \, dt$。
步骤 2:代入曲线积分
代入曲线积分得: \[ \int_{0}^{\pi} \left[ (\cos^2 t + \sin^2 t)(-\sin t) + (\cos t + 2 \cos t \sin t) \cos t \right] \, dt = \int_{0}^{\pi} \left[ -\sin t + \cos^2 t + 2 \cos^2 t \sin t \right] \, dt. \]
步骤 3:拆分积分并计算
拆分积分并计算: \[ \int_{0}^{\pi} -\sin t \, dt = -2, \quad \int_{0}^{\pi} \cos^2 t \, dt = \frac{\pi}{2}, \quad \int_{0}^{\pi} 2 \cos^2 t \sin t \, dt = \frac{4}{3}. \]
步骤 4:相加得结果
相加得: \[ -2 + \frac{\pi}{2} + \frac{4}{3} = \frac{\pi}{2} - \frac{2}{3}. \]
步骤 5:使用格林公式
或使用格林公式,添加x轴上从 $(-1,0)$ 到 $(1,0)$ 的路径,围成半圆。二重积分为半圆面积 $\frac{\pi}{2}$,x轴上积分为 $\frac{2}{3}$,故原积分为 $\frac{\pi}{2} - \frac{2}{3}$。