题目
28.设L为连接点(0,0)与点(1,sqrt(3))的直线段,则曲线积分int_(L)y^2ds=A. 1B. 2C. 3D. sqrt(3)
28.设L为连接点(0,0)与点$(1,\sqrt{3})$的直线段,则曲线积分$\int_{L}y^{2}ds=$
A. 1
B. 2
C. 3
D. $\sqrt{3}$
题目解答
答案
B. 2
解析
考查要点:本题主要考查对曲线积分的理解与计算,特别是对弧长元素$ds$的参数化处理。
解题核心思路:
- 确定直线方程:根据两点坐标确定直线的参数方程,将曲线转化为参数形式。
- 计算弧长元素$ds$:利用参数方程的导数计算$ds$的表达式。
- 代入积分并计算:将被积函数和$ds$代入积分,转化为定积分求解。
破题关键点:
- 正确参数化直线:通过$x$或$y$作为参数,建立直线方程。
- 准确计算$ds$:根据参数方程的导数计算弧长元素,避免符号或系数错误。
- 简化积分表达式:将曲线积分转化为关于单一变量的定积分,确保代数运算正确。
步骤1:确定直线方程
两点$(0,0)$和$(1,\sqrt{3})$的斜率为$\sqrt{3}$,因此直线方程为:
$y = \sqrt{3}x \quad (0 \le x \le 1).$
步骤2:计算弧长元素$ds$
将直线参数化为$x = t$,$y = \sqrt{3}t$($t$从$0$到$1$),则:
$\frac{dx}{dt} = 1, \quad \frac{dy}{dt} = \sqrt{3}.$
弧长元素为:
$ds = \sqrt{\left(\frac{dx}{dt}\right)^2 + \left(\frac{dy}{dt}\right)^2} \, dt = \sqrt{1 + (\sqrt{3})^2} \, dt = 2 \, dt.$
步骤3:代入积分并计算
将$y = \sqrt{3}t$和$ds = 2 \, dt$代入原积分:
$\begin{aligned}\int_{L} y^2 \, ds &= \int_{0}^{1} (\sqrt{3}t)^2 \cdot 2 \, dt \\&= \int_{0}^{1} 3t^2 \cdot 2 \, dt \\&= 6 \int_{0}^{1} t^2 \, dt \\&= 6 \left[ \frac{t^3}{3} \right]_{0}^{1} \\&= 6 \cdot \frac{1}{3} = 2.\end{aligned}$