设 L 为 y = sin x (0 leq x leq pi) 与 x 轴所围区域的边界,取正向,则 int_(L) (x^2 + 3y), dx + (y^2 + 2x), dy = ( ).A. 2B. -2C. 1D. -1
A. 2
B. -2
C. 1
D. -1
题目解答
答案
解析
本题考查利用格林公式计算曲线积分。解题思路是先判断曲线$L$是否满足格林公式的条件,若满足则将曲线积分转化为二重积分,再计算二重积分的值。
步骤一:验证格林公式的条件
格林公式为$\oint_{L} Pdx + Qdy = \iint_{D} (\frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y})dxdy$,其中$L$为分段光滑的闭曲线,取正向,$D$是由$L$所围成的闭区域,$P(x,y)$和$Q(x,y)$在$D$上具有一阶连续偏导数。
已知$P(x,y)=x^2 + 3y$,$Q(x,y)=y^2 + 2x$,曲线$L$为$y = \sin x (0 \leq x \leq \pi)$与$x$轴所围区域的边界,取正向,$P$和$Q$在该区域上具有一阶连续偏导数,满足格林公式的条件。
步骤二:计算$\frac{\partial Q}{\partial x}$和$\frac{\partial P}{\partial y}$
对$Q(x,y)=y^2 + 2x$关于$x$求偏导数:
$\frac{\partial Q}{\partial x} = \frac{\partial (y^2 + 2x)}{\partial x} = 2$
对$P(x,y)=x^2 + 3y$关于$y$求偏导数:
$\frac{\partial P}{\partial y} = \frac{\partial (x^2 + 3y)}{\partial y} = 3$
步骤三:将曲线积分转化为二重积分
根据格林公式$\oint_{L} Pdx + Qdy = \iint_{D} (\frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y})dxdy$,可得:
$\int_{L} (x^2 + 3y)dx + (y^2 + 2x)dy = \iint_{D} (2 - 3)dxdy = -\iint_{D} dxdy$
其中$D$是由$y = \sin x (0 \leq x \leq \pi)$与$x$轴所围成的区域。
步骤四:计算二重积分
$-\iint_{D} dxdy$表示区域$D$的面积的相反数,区域$D$的面积为:
$S = \int_{0}^{\pi} \sin x dx$
根据积分公式$\int \sin x dx = -\cos x + C$,可得:
$S = -\cos x\big|_{0}^{\pi} = -(\cos \pi - \cos 0) = -(-1 - 1) = 2$
所以$-\iint_{D} dxdy = -2$。