若 L 为由点 O(0,0) 到点 B(pi,0) 的曲线弧 y=sin x,则 int_(L) ydx + xdy=A. (pi ab)/(4)B. 0C. (pi ab)/(3)D. pi ab
A. $\frac{\pi ab}{4}$
B. $0$
C. $\frac{\pi ab}{3}$
D. $\pi ab$
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查曲线积分的计算方法,特别是对第二类曲线积分的求解能力。需要掌握如何将曲线参数化,并正确应用积分公式进行计算。
解题核心思路:
- 参数化曲线:将曲线 $L$ 表示为 $y = \sin x$,参数取 $x$ 从 $0$ 到 $\pi$。
- 代入积分表达式:将 $y = \sin x$ 和 $dy = \cos x \, dx$ 代入积分式,拆分为两个定积分求和。
- 分部积分法:对含 $x \cos x$ 的积分使用分部积分法,注意符号处理。
- 结果验证:通过分步计算验证积分结果的正确性。
破题关键点:
- 正确参数化曲线是基础,需明确变量替换关系。
- 分部积分法的准确应用是难点,需注意积分过程中的符号变化。
将曲线 $L$ 参数化为 $x = t$,$y = \sin t$,其中 $t$ 从 $0$ 到 $\pi$,则 $dy = \cos t \, dt$。代入积分表达式:
$\int_{L} y \, dx + x \, dy = \int_{0}^{\pi} \sin t \, dt + \int_{0}^{\pi} t \cos t \, dt.$
分步计算:
-
计算 $\int_{0}^{\pi} \sin t \, dt$
$\int_{0}^{\pi} \sin t \, dt = -\cos t \bigg|_{0}^{\pi} = -\cos \pi + \cos 0 = -(-1) + 1 = 2.$ -
计算 $\int_{0}^{\pi} t \cos t \, dt$(分部积分法)
设 $u = t$,$dv = \cos t \, dt$,则 $du = dt$,$v = \sin t$,得:
$\int t \cos t \, dt = t \sin t - \int \sin t \, dt = t \sin t + \cos t + C.$
代入上下限:
$\left[ t \sin t + \cos t \right]_{0}^{\pi} = (\pi \cdot 0 + \cos \pi) - (0 \cdot 0 + \cos 0) = (-1) - 1 = -2.$ -
合并结果
$2 + (-2) = 0.$