题目
设 L 为以 y=sqrt(2x-x^2) 从点 A(2,0) 到点 O(0,0) 的半圆弧,则 int_(L) (y+1), dx - (2x + y^2), dy = ( ) A -(3)/(2)pi - 2 B (3)/(2)pi - 2 C -(3)/(2)pi + 2 D (3)/(2)pi + 2
设 $L$ 为以 $y=\sqrt{2x-x^2}$ 从点 $A(2,0)$ 到点 $O(0,0)$ 的半圆弧,则 $\int_{L} (y+1)\, dx - \left(2x + y^2\right)\, dy = (\quad)$
A $-\frac{3}{2}\pi - 2$
B $\frac{3}{2}\pi - 2$
C $-\frac{3}{2}\pi + 2$
D $\frac{3}{2}\pi + 2$
题目解答
答案
为了求解曲线积分 $\int_{L}(y+1)dx-(2x+y^{2})dy$,其中 $L$ 是以 $y=\sqrt{2x-x^{2}}$ 从点 $A(2,0)$ 到点 $O(0,0)$ 的半圆弧,我们可以使用格林公式。格林公式 states:
\[
\int_{L} Pdx + Qdy = \iint_{D} \left( \frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y} \right) dA
\]
其中 $P = y + 1$ 和 $Q = -(2x + y^2)$。首先,我们计算 $\frac{\partial Q}{\partial x}$ 和 $\frac{\partial P}{\partial y}$:
\[
\frac{\partial Q}{\partial x} = -2, \quad \frac{\partial P}{\partial y} = 1
\]
所以,格林公式中的被积函数为:
\[
\frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y} = -2 - 1 = -3
\]
因此,曲线积分可以转化为二重积分:
\[
\int_{L} (y+1)dx - (2x+y^2)dy = \iint_{D} (-3) dA = -3 \iint_{D} dA
\]
其中 $D$ 是半圆的区域。半圆的方程为 $y = \sqrt{2x - x^2}$,可以改写为:
\[
(x-1)^2 + y^2 = 1
\]
这是以 $(1,0)$ 为圆心,半径为 1 的圆的上半部分。半圆的面积 $A$ 为:
\[
A = \frac{1}{2} \pi r^2 = \frac{1}{2} \pi \cdot 1^2 = \frac{\pi}{2}
\]
所以,二重积分的值为:
\[
-3 \iint_{D} dA = -3 \cdot \frac{\pi}{2} = -\frac{3\pi}{2}
\]
但是,我们还需要考虑积分的路径方向。题目中 $L$ 是从点 $A(2,0)$ 到点 $O(0,0)$ 的半圆弧,即逆时针方向。格林公式中,正方向是逆时针,所以直接使用格林公式得到的值是正确的。
但是,我们还需要加上直线段 $OA$ 的积分,因为格林公式只适用于闭合曲线。直线段 $OA$ 的方程为 $y = 0$,从 $x = 2$ 到 $x = 0$。在 $y = 0$ 上, $dy = 0$,所以积分变为:
\[
\int_{OA} (y+1)dx - (2x+y^2)dy = \int_{2}^{0} (0+1)dx - (2x+0^2) \cdot 0 = \int_{2}^{0} dx = [x]_{2}^{0} = 0 - 2 = -2
\]
因此,总积分值为:
\[
-\frac{3\pi}{2} - (-2) = -\frac{3\pi}{2} + 2
\]
所以,正确答案是:
\[
\boxed{C}
\]