题目
曲线 L 为圆周 x^2 + y^2 = a^2,则对弧长的曲线积分 int_(L) (x^2 + y^2) , ds = ( )A. pi a^2B. 2pi a^2C. 2pi a^3D. 2pi a^4
曲线 $L$ 为圆周 $x^2 + y^2 = a^2$,则对弧长的曲线积分 $\int_{L} (x^2 + y^2) \, ds =$ ( )
A. $\pi a^2$
B. $2\pi a^2$
C. $2\pi a^3$
D. $2\pi a^4$
题目解答
答案
C. $2\pi a^3$
解析
考查要点:本题主要考查对弧长的曲线积分的计算,以及利用曲线方程简化被积函数的能力。
解题核心思路:
- 识别曲线方程:曲线 $L$ 是圆 $x^2 + y^2 = a^2$,因此在曲线上的任意点 $(x, y)$,均有 $x^2 + y^2 = a^2$。
- 简化被积函数:被积函数 $x^2 + y^2$ 在曲线 $L$ 上恒等于常数 $a^2$,从而将积分转化为常数与弧长的乘积。
- 计算弧长:圆的周长公式为 $2\pi a$,直接代入即可得到结果。
破题关键点:
- 利用曲线方程将被积函数转化为常数,避免复杂的参数化计算。
- 弧长积分的本质是曲线总长度,结合几何公式快速求解。
步骤1:简化被积函数
在曲线 $L$ 上,任意一点 $(x, y)$ 满足 $x^2 + y^2 = a^2$,因此被积函数可简化为:
$x^2 + y^2 = a^2$
原积分变为:
$\int_{L} (x^2 + y^2) \, ds = \int_{L} a^2 \, ds = a^2 \int_{L} ds$
步骤2:计算弧长积分
$\int_{L} ds$ 表示圆周 $L$ 的总弧长,即圆的周长:
$\int_{L} ds = 2\pi a$
步骤3:代入计算
将结果代入原积分表达式:
$a^2 \cdot 2\pi a = 2\pi a^3$