题目
2【简答题】若L为连接(1,0)及(0,1)两点的直线段,求int_(L)(x+y)ds.
2【简答题】若L为连接(1,0)及(0,1)两点的直线段,求$\int_{L}(x+y)ds$.
题目解答
答案
将直线段 $L$ 参数化为 $x = 1 - t$,$y = t$,其中 $t \in [0, 1]$。
计算弧长元素 $ds = \sqrt{(-1)^2 + 1^2} \, dt = \sqrt{2} \, dt$。
代入曲线积分得:
$\int_{L} (x + y) \, ds = \int_{0}^{1} [(1 - t) + t] \sqrt{2} \, dt = \int_{0}^{1} \sqrt{2} \, dt = \sqrt{2}.$
答案: $\boxed{\sqrt{2}}$
解析
本题考查对弧长的曲线积分的计算。解题思路是先将直线段$L$进行参数化,然后求出弧长元素$ds$,最后将参数方程和弧长元素代入曲线积分表达式进行计算。
- 参数化直线段$L$:
已知直线段$L$连接$(1,0)$及$(0,1)$两点,设直线$L$的参数方程为$\begin{cases}x = x_0 + at\\y = y_0 + bt\end{cases}$($t$为参数)。
当$t = 0$时,$\begin{cases}x = 1\\y = 0\end{cases}$;当$t = 1$时,$\begin{cases}x = 0\\y = 1\end{cases}$。
则可得$\begin{cases}1 = x_0 + a\times0\\0 = y_0 + b\times0\end{cases}$,解得$\begin{cases}x_0 = 1\\y_0 = 0\end{cases}$。
又因为$\begin{cases}0 = 1 + a\times1\\1 = 0 + b\times1\end{cases}$,解得$\begin{cases}a = -1\\b = 1\end{cases}$。
所以直线段$L$的参数方程为$\begin{cases}x = 1 - t\\y = t\end{cases}$,其中$t \in [0, 1]$。 - 计算弧长元素$ds$:
对于参数方程$\begin{cases}x = x(t)\\y = y(t)\end{cases}$,弧长元素$ds = \sqrt{(\frac{dx}{dt})^2 + (\frac{dy}{dt})^2} \, dt$。
对$x = 1 - t$求导,$\frac{dx}{dt} = -1$;对$y = t$求导,$\frac{dy}{dt} = 1$。
则$ds = \sqrt{(-1)^2 + 1^2} \, dt = \sqrt{2} \, dt$。 - 计算曲线积分$\int_{L}(x+y)ds$:
将$x = 1 - t$,$y = t$,$ds = \sqrt{2} \, dt$代入曲线积分$\int_{L}(x+y)ds$中,可得:
$\int_{L} (x + y) \, ds = \int_{0}^{1} [(1 - t) + t] \sqrt{2} \, dt$
先计算被积函数$(1 - t) + t = 1$,则$\int_{0}^{1} [(1 - t) + t] \sqrt{2} \, dt = \int_{0}^{1} \sqrt{2} \, dt$。
根据定积分的计算法则$\int_{a}^{b} k \, dt = k(b - a)$($k$为常数),可得$\int_{0}^{1} \sqrt{2} \, dt = \sqrt{2}(1 - 0) = \sqrt{2}$。