题目
设 L 为抛物线 y = 1 - x^2 上自点 A(-1,0)到点 B(1,0)的一段弧,则曲线积分 int_(AB) (x^2 + y)dx + (x - y^2)dy = ______ A. (2)/(3)B. (2pi)/(3)C. (2)/(5)D. (2pi)/(5)
设 $L$ 为抛物线 $y = 1 - x^2$ 上自点 A(-1,0)到点 B(1,0)的一段弧,则曲线积分 $\int_{AB} (x^2 + y)dx + (x - y^2)dy = \_\_\_\_\_\_$
- A. $\frac{2}{3}$
- B. $\frac{2\pi}{3}$
- C. $\frac{2}{5}$
- D. $\frac{2\pi}{5}$
题目解答
答案
为了求解曲线积分 $\int_{AB} (x^2 + y) \, dx + (x - y^2) \, dy$,其中 $L$ 是抛物线 $y = 1 - x^2$ 上自点 $A(-1,0)$ 到点 $B(1,0)$ 的一段弧,我们可以使用参数化方法来计算这个积分。
首先,将抛物线 $y = 1 - x^2$ 参数化。令 $x = t$,则 $y = 1 - t^2$,其中 $t$ 的取值范围从 $-1$ 到 $1$。这样,曲线积分可以重写为:
\[
\int_{-1}^{1} \left[ (t^2 + (1 - t^2)) \frac{dx}{dt} + (t - (1 - t^2)^2) \frac{dy}{dt} \right] \, dt
\]
由于 $\frac{dx}{dt} = 1$ 和 $\frac{dy}{dt} = -2t$,代入上式得到:
\[
\int_{-1}^{1} \left[ (t^2 + 1 - t^2) \cdot 1 + (t - (1 - t^2)^2) \cdot (-2t) \right] \, dt = \int_{-1}^{1} \left[ 1 + (t - (1 - 2t^2 + t^4)) \cdot (-2t) \right] \, dt
\]
化简被积函数:
\[
1 + (t - 1 + 2t^2 - t^4) \cdot (-2t) = 1 + (-2t^2 + 2t - 4t^3 + 2t^5) = 1 - 2t^2 + 2t - 4t^3 + 2t^5
\]
现在,我们对这个函数在 $[-1, 1]$ 上进行积分:
\[
\int_{-1}^{1} (1 - 2t^2 + 2t - 4t^3 + 2t^5) \, dt
\]
由于 $2t$, $-4t^3$ 和 $2t^5$ 是奇函数,它们在对称区间 $[-1, 1]$ 上的积分等于零。因此,我们只需计算:
\[
\int_{-1}^{1} (1 - 2t^2) \, dt
\]
将积分分成两部分:
\[
\int_{-1}^{1} 1 \, dt - \int_{-1}^{1} 2t^2 \, dt
\]
计算这两个积分:
\[
\int_{-1}^{1} 1 \, dt = 2
\]
\[
\int_{-1}^{1} 2t^2 \, dt = 2 \int_{0}^{1} 2t^2 \, dt = 4 \int_{0}^{1} t^2 \, dt = 4 \left[ \frac{t^3}{3} \right]_{0}^{1} = 4 \cdot \frac{1}{3} = \frac{4}{3}
\]
将结果相减:
\[
2 - \frac{4}{3} = \frac{6}{3} - \frac{4}{3} = \frac{2}{3}
\]
因此,曲线积分的值为 $\frac{2}{3}$。正确答案是:
\[
\boxed{A}
\]