15. (3.0分) 利用参数方程法计算积分: 设C表示从1到i的直线段,则积分intlimits_(c)zdz=____.A. 1B. -1C. iD. 0
A. 1
B. -1
C. i
D. 0
题目解答
答案
解析
本题考查利用参数方程法计算复变函数的积分,关键是将积分路径参数化,再代入积分表达式计算。
步骤1:参数化积分路径C
积分路径C是从点$1$到点$i$的直线段。直线段的参数方程可设为:
$z(t) = x(t) + iy(t)$
其中$t$从$0$到$1$,起点$t=0$时$z(0)=1$,终点$t=1$时$z(1)=i$。
直线段的参数方程可写为:
$z(t) = 1 + t(i - 1),\quad t\in[0,1]$
(原理:从起点$1$出发,沿方向向量$i - 1$匀速移动,$t=1$时到达终点$i$。)
步骤2:计算$dz/dt$
对$z(t)$求导:
$\frac{dz}{dt} = i - 1$
(导数为常数,因直线段方向不变。)
步骤3:代入积分公式计算
复变函数积分公式为:
$\int_C zdz = \int_{t=0}^{t=1} z(t) \cdot \frac{dz}{dt} dt$
代入$z(t)=1 + t(i - 1)$和$\frac{dz}{dt}=i - 1$:
$\int_0^1 \left[1 + t(i - 1)\right] \cdot (i - 1) dt$
步骤4:展开并积分
先展开被积函数:
$(i - 1) + t(i - 1)^2$
计算$(i - 1)^2 = i^2 - 2i + 1 = -1 - 2i + 1 = -2i$,故被积函数为:
$(i - 1) - 2it$
积分得:
$\int_0^1 \left[(i - 1) - 2it\right] dt = (i - 1)\int_0^1 dt - 2i\int_0^1 t dt$
计算积分:
$(i - 1)(1 - 0) - 2i\left(\frac{1}{2} - 0\right) = (i - 1) - i = -1$