题目
计算下列对坐标的曲线积分:-|||-() int ((x)^2-(y)^2)dx, 其中L是抛物线 =(x)^2 上从点(0,0)到点(2,4)的一段弧;

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查对坐标的曲线积分(第二类曲线积分)的计算方法,重点在于参数化曲线并转化为定积分求解。
解题核心思路:
- 参数化曲线:将曲线L用参数方程表示,这里直接利用抛物线方程$y = x^2$,以$x$为参数。
- 代入被积表达式:将$y$替换为$x^2$,将曲线积分转化为关于$x$的定积分。
- 计算定积分:分别计算$x^2$和$x^4$的积分,再相减得到最终结果。
破题关键点:
- 正确参数化曲线,明确积分变量为$x$,积分限为$0$到$2$。
- 注意符号处理,尤其是被积函数中$x^2 - y^2$替换后可能产生负值的情况。
步骤1:参数化曲线
曲线$L$为抛物线$y = x^2$,从点$(0,0)$到$(2,4)$,可直接以$x$为参数,参数方程为:
$\begin{cases}x = x \\y = x^2\end{cases} \quad (0 \leq x \leq 2)$
步骤2:代入被积表达式
将$y = x^2$代入被积函数$x^2 - y^2$,得:
$x^2 - y^2 = x^2 - (x^2)^2 = x^2 - x^4$
步骤3:转化为定积分
原曲线积分转化为关于$x$的定积分:
$\int_L (x^2 - y^2) \, dx = \int_{0}^{2} (x^2 - x^4) \, dx$
步骤4:计算定积分
分别计算$\int x^2 \, dx$和$\int x^4 \, dx$:
- $\int_{0}^{2} x^2 \, dx = \left[ \frac{1}{3}x^3 \right]_0^2 = \frac{8}{3}$
- $\int_{0}^{2} x^4 \, dx = \left[ \frac{1}{5}x^5 \right]_0^2 = \frac{32}{5}$
步骤5:求差并化简
$\frac{8}{3} - \frac{32}{5} = \frac{40}{15} - \frac{96}{15} = -\frac{56}{15}$