题目
计算下列对坐标的曲线积分:-|||-(1) int ((x)^2-(y)^2)dx ,其中L是抛物线 =(x)^2 上从点(0,0)到点(2,4)的一段弧;
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查对坐标的曲线积分(第二类曲线积分)的计算方法,重点在于将曲线积分转化为定积分的能力。
解题核心思路:
- 参数化曲线:将曲线L用参数表示,这里直接利用抛物线方程$y = x^2$,以$x$为参数。
- 代入积分表达式:将$y$替换为$x^2$,将积分变量统一为$dx$。
- 转化为定积分:根据参数范围$x$从$0$到$2$,直接计算定积分。
破题关键点:
- 正确选择参数:利用抛物线方程直接消去$y$,简化积分表达式。
- 积分上下限的确定:根据曲线起点$(0,0)$和终点$(2,4)$,确定$x$的范围为$[0, 2]$。
第(1)题
参数化曲线
曲线$L$为抛物线$y = x^2$,直接以$x$为参数,参数范围为$0 \leq x \leq 2$。
代入积分表达式
将$y = x^2$代入被积函数,得到:
$x^2 - y^2 = x^2 - (x^2)^2 = x^2 - x^4$
转化为定积分
积分变量为$dx$,积分上下限为$x=0$到$x=2$,因此原积分转化为:
$\int_{L} (x^2 - y^2)dx = \int_{0}^{2} (x^2 - x^4)dx$
计算定积分
分别对$x^2$和$x^4$积分:
$\begin{aligned}\int_{0}^{2} x^2 dx &= \left[ \frac{1}{3}x^3 \right]_{0}^{2} = \frac{8}{3}, \\\int_{0}^{2} x^4 dx &= \left[ \frac{1}{5}x^5 \right]_{0}^{2} = \frac{32}{5}.\end{aligned}$
因此:
$\int_{0}^{2} (x^2 - x^4)dx = \frac{8}{3} - \frac{32}{5} = \frac{40}{15} - \frac{96}{15} = -\frac{56}{15}$