题目
计算 I=int_(L) (mathrm(e)^x sin y - my), dx + (mathrm(e)^x cos y - my), dy 其中 L 为 x^2 + y^2 = ax 从点 A(a,0) 到 O(0,0) 的上半圆弧,m 为常数。A. (mpi a^2)/(2)B. (mpi a^2)/(4)C. (mpi a^2)/(8)D. (mpi a^2)/(16)
计算 $I=\int_{L} (\mathrm{e}^{x} \sin y - my)\, dx + (\mathrm{e}^{x} \cos y - my)\, dy$ 其中 $L$ 为 $x^2 + y^2 = ax$ 从点 $A(a,0)$ 到 $O(0,0)$ 的上半圆弧,$m$ 为常数。
A. $\frac{m\pi a^2}{2}$
B. $\frac{m\pi a^2}{4}$
C. $\frac{m\pi a^2}{8}$
D. $\frac{m\pi a^2}{16}$
题目解答
答案
C. $\frac{m\pi a^2}{8}$
解析
步骤 1:定义 $P$ 和 $Q$
设 $P = e^x \sin y - my$,$Q = e^x \cos y - my$,这是根据题目中给出的积分表达式定义的。
步骤 2:计算 $\frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y}$
计算得到 $\frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y} = m$,这是通过分别对 $Q$ 关于 $x$ 求偏导数,对 $P$ 关于 $y$ 求偏导数,然后相减得到的。
步骤 3:应用格林公式
根据格林公式,有 $\int_{L} P \, dx + Q \, dy + \int_{OA} P \, dx + Q \, dy = \iint_{D} m \, dA$,其中 $D$ 是由 $L$ 和线段 $OA$ 围成的区域,即半圆区域。
步骤 4:计算区域 $D$ 的面积
区域 $D$ 的面积为 $\frac{\pi a^2}{8}$,这是半圆的面积,半圆的半径为 $\frac{a}{2}$,所以面积为 $\frac{1}{2} \pi (\frac{a}{2})^2 = \frac{\pi a^2}{8}$。
步骤 5:计算 $\iint_{D} m \, dA$
根据步骤 4 的面积,有 $\iint_{D} m \, dA = m \cdot \frac{\pi a^2}{8}$。
步骤 6:计算线段 $OA$ 上的积分
线段 $OA$ 上的积分 $\int_{OA} P \, dx + Q \, dy = 0$,这是因为 $P$ 和 $Q$ 在 $OA$ 上的值为零。
步骤 7:计算 $I$
根据步骤 5 和步骤 6,有 $I = \frac{m \pi a^2}{8}$。
设 $P = e^x \sin y - my$,$Q = e^x \cos y - my$,这是根据题目中给出的积分表达式定义的。
步骤 2:计算 $\frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y}$
计算得到 $\frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y} = m$,这是通过分别对 $Q$ 关于 $x$ 求偏导数,对 $P$ 关于 $y$ 求偏导数,然后相减得到的。
步骤 3:应用格林公式
根据格林公式,有 $\int_{L} P \, dx + Q \, dy + \int_{OA} P \, dx + Q \, dy = \iint_{D} m \, dA$,其中 $D$ 是由 $L$ 和线段 $OA$ 围成的区域,即半圆区域。
步骤 4:计算区域 $D$ 的面积
区域 $D$ 的面积为 $\frac{\pi a^2}{8}$,这是半圆的面积,半圆的半径为 $\frac{a}{2}$,所以面积为 $\frac{1}{2} \pi (\frac{a}{2})^2 = \frac{\pi a^2}{8}$。
步骤 5:计算 $\iint_{D} m \, dA$
根据步骤 4 的面积,有 $\iint_{D} m \, dA = m \cdot \frac{\pi a^2}{8}$。
步骤 6:计算线段 $OA$ 上的积分
线段 $OA$ 上的积分 $\int_{OA} P \, dx + Q \, dy = 0$,这是因为 $P$ 和 $Q$ 在 $OA$ 上的值为零。
步骤 7:计算 $I$
根据步骤 5 和步骤 6,有 $I = \frac{m \pi a^2}{8}$。