L 为圆周 x^2 + y^2 = 1,取逆时针方向,则 int (ydx - xdy)/(2(x^2 + y^2)) = ___ A. piB. -piC. 2piD. -2pi
$L$ 为圆周 $x^2 + y^2 = 1$,取逆时针方向,则 $\int \frac{ydx - xdy}{2(x^2 + y^2)} = \_\_\_$
- A. $\pi$
- B. $-\pi$
- C. $2\pi$
- D. $-2\pi$
题目解答
答案
解析
本题主要考察利用参数方程计算曲线积分,以及格林公式的适用条件。
关键分析
题目要求计算圆周 $L: x^2 + y^2 = 1$(逆时针方向)上的曲线积分:
$\int_L \frac{ydx - xdy}{2(x^2 + y^2)}$
错误尝试:直接用格林公式
若直接套用格林公式,需验证被积函数的偏导数是否连续。设 $P = \frac{y}{2(x^2 + y^2)}$,$Q = -\frac{x}{2(x^2 + y^2)}$,计算得:
$\frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y} = 0$
但 $P, Q$ 在原点 $(0,0)$ 处无定义,不满足格林公式“被积函数在积分区域内一阶连续可导”的条件,因此格林公式不适用。
正确方法:参数方程法
圆周 $x^2 + y^2 = 1$ 的参数方程为:
$x = \cos t,\ y = \sin t\quad (0 \leq t \leq 2\pi)$
则 $dx = -\sin t dt$,$dy = \cos t dt$,代入积分:
$\int_L \frac{ydx - xdy}{2(x^2 + y^2)} = \int_0^{2\pi} \frac{\sin t(-\sin t dt) - \cos t(\cos t dt)}{2(\cos^2 t + \sin^2 t)}$
因 $\cos^2 t + \sin^2 t = 1$,化简得:
$\int_0^{2\pi} \frac{-\sin^2 t - \cos^2 t}{2} dt = \int_0^{2\pi} \left(-\frac{1}{2}\right) dt = -\frac{1}{2} \cdot 2\pi = -\pi$