28.(判断题,2.0分)设L为包围原点的任意光滑简单闭曲线,oint_(L)(xmathrm(d)y-ymathrm(d)x)/(x^2)+y^(2)=2pi.A 对B 错
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查对格林公式的理解及其在存在奇点情况下的应用,以及环路积分的计算技巧。
解题核心思路:
- 识别奇点:被积函数在原点处无定义,需绕过奇点构造辅助闭曲线。
- 格林公式的修正应用:在包围原点的闭曲线外构造小圆,利用格林公式证明不同闭曲线上的积分相等。
- 直接计算小圆积分:通过参数化小圆,直接计算积分值为$2\pi$,从而得出原命题正确。
破题关键点:
- 奇点处理:当积分路径包围奇点时,直接应用格林公式失效,需通过构造辅助闭曲线绕过奇点。
- 积分与路径无关性:在无奇点的区域内,闭曲线积分仅与是否包围奇点有关,与具体路径无关。
步骤1:分析奇点与格林公式适用性
被积函数$\frac{x\,dy - y\,dx}{x^2 + y^2}$在原点$(0,0)$处无定义,因此当闭曲线$L$包围原点时,向量场在积分区域内存在奇点,直接应用格林公式不成立。
步骤2:构造辅助闭曲线$L_1$
取半径为$r$的小圆$L_1: x = r\cos\theta, y = r\sin\theta$($0 \leq \theta < 2\pi$),该曲线包围原点且与$L$构成无奇点的区域。
步骤3:计算小圆$L_1$上的积分
参数化$L_1$,计算得:
$\begin{aligned}x\,dy - y\,dx &= (r\cos\theta)(r\cos\theta\,d\theta) - (r\sin\theta)(-r\sin\theta\,d\theta) \\&= r^2 (\cos^2\theta + \sin^2\theta)\,d\theta = r^2\,d\theta, \\x^2 + y^2 &= r^2.\end{aligned}$
积分化简为:
$\oint_{L_1} \frac{x\,dy - y\,dx}{x^2 + y^2} = \int_0^{2\pi} \frac{r^2\,d\theta}{r^2} = \int_0^{2\pi} d\theta = 2\pi.$
步骤4:应用格林公式比较$L$与$L_1$的积分
在$L$与$L_1$围成的无奇点区域内,格林公式表明两闭曲线上的积分相等,即:
$\oint_{L} \frac{x\,dy - y\,dx}{x^2 + y^2} = \oint_{L_1} \frac{x\,dy - y\,dx}{x^2 + y^2} = 2\pi.$