题目
0301 计算积分int_(C)(x-y+ix^2)dz,其中C是连接圆点与1+i的直线段。
0301 计算积分$\int_{C}(x-y+ix^{2})dz$,其中C是连接圆点与1+i的直线段。
题目解答
答案
将直线段 $C$ 参数化为 $z(t) = t + it$($0 \leq t \leq 1$),则 $x = t$,$y = t$,$dz = (1+i)dt$。
被积函数变为 $it^2$,代入积分得:
\[
\int_{0}^{1} it^2 (1+i) dt = (1+i) \int_{0}^{1} it^2 dt = (1+i) \left[ \frac{it^3}{3} \right]_{0}^{1} = (1+i) \cdot \frac{i}{3} = -\frac{1}{3} + \frac{1}{3}i.
\]
答案:$\boxed{A}$
解析
考查要点:本题主要考查复变函数中线积分的计算方法,涉及路径参数化、积分变量替换以及复数运算。
解题核心思路:
- 参数化路径:将直线段$C$表示为参数方程,通常选择参数$t \in [0,1]$,使得起点对应$t=0$,终点对应$t=1$。
- 表达被积函数:将复积分$\int_C f(z) \, dz$中的$z$、$x$、$y$、$dz$均用参数$t$表示,转化为实积分。
- 计算定积分:代入参数化后的表达式,计算关于$t$的定积分。
破题关键点:
- 正确参数化路径:直线段$C$的参数方程为$z(t) = t + it$,对应$x = t$,$y = t$。
- 准确计算$dz$:$dz = (1+i)dt$。
- 简化被积函数:代入$x$和$y$后,被积函数化简为$i t^2$,避免复杂运算。
参数化路径
直线段$C$连接原点$0$与点$1+i$,参数化为:
$z(t) = t + it \quad (0 \leq t \leq 1)$
对应坐标为$x = t$,$y = t$,微分$dz$为:
$dz = \frac{dz}{dt} dt = (1+i) dt$
表达被积函数
将$x = t$,$y = t$代入被积函数:
$x - y + i x^2 = t - t + i t^2 = i t^2$
计算积分
原积分转化为:
$\begin{aligned}\int_C (x - y + i x^2) dz &= \int_0^1 i t^2 \cdot (1+i) dt \\&= (1+i) \int_0^1 i t^2 dt \\&= (1+i) \cdot \left[ \frac{i t^3}{3} \right]_0^1 \\&= (1+i) \cdot \frac{i}{3} \\&= \frac{(1+i)i}{3} = \frac{-1 + i}{3} = -\frac{1}{3} + \frac{1}{3}i\end{aligned}$