12.(5.0分)设L是抛物线的一段,y=x^2,-1le xle 1,方向由(-1,1)到(1,1),曲线积分int_(L)(x^2-2xy)dx+(y^2-2xy)dy的值为:A. (14)/(15)B. -(14)/(15)
A. $\frac{14}{15}$
B. $-\frac{14}{15}$
题目解答
答案
解析
本题考查对坐标的曲线积分的计算,解题思路是将曲线$L$用参数方程表示,然后将曲线积分转化为定积分进行计算。
已知曲线$L$的方程为$y = x^2$,$-1\leq x\leq 1$,可令$x=t$,则$y=t^2$,$t$的取值范围是从$-1$到$1$。
此时$dx = dt$,$dy = 2t dt$。
将$x=t$,$y=t^2$,$dx = dt$,$dy = 2t dt$代入曲线积分$\int_{L}(x^{2}-2xy)dx+(y^{2}-2xy)dy$中,可得:
$\begin{align*}&\int_{-1}^{1}[(t^{2}-2t\cdot t^2)dt+( (t^2)^{2}-2t\cdot t^2)\cdot 2t dt]\\=&\int_{-1}^{1}(t^{2}-2t^3 + 2t^5 - 4t^4)dt\\=&\int_{-1}^{1}t^{2}dt - 2\int_{-1}^{1}t^3 dt + 2\int_{-1}^{1}t^5 dt - 4\int_{-1}^{1}t^4 dt\end{align*}$
根据定积分的性质:
- 若$f(x)$是奇函数,即$f(-x)=-f(x)$,则$\int_{-a}^{a}f(x)dx = 0$。
- 若$f(x)$是偶函数,即$f(-x)=f(x)$,则$\int_{-a}^{a}f(x)dx = 2\int_{0}^{a}f(x)dx$。
对于$y = t^3$和$y = t^5$,它们是奇函数,所以$\int_{-1}^{1}t^3 dt = 0$,$\int_{-1}^{1}t^5 dt = 0$。
对于$y = t^2$和$y = t^4$,它们是偶函数,则:
$\int_{-1}^{1}t^{2}dt = 2\int_{0}^{1}t^{2}dt = 2\times[\frac{1}{3}t^3]_0^1 = 2\times\frac{1}{3}=\frac{2}{3}$
$\int_{-1}^{1}t^4 dt = 2\int_{0}^{1}t^4 dt = 2\times[\frac{1}{5}t^5]_0^1 = 2\times\frac{1}{5}=\frac{2}{5}$
将上述结果代入原式可得:
$\begin{align*}&\int_{-1}^{1}t^{2}dt - 2\int_{-1}^{1}t^3 dt + 2\int_{-1}^{1}t^5 dt - 4\int_{-1}^{1}t^4 dt\\=&\frac{2}{3}-2\times0 + 2\times0 - 4\times\frac{2}{5}\\=&\frac{2}{3}-\frac{8}{5}\\=&\frac{10}{15}-\frac{24}{15}\\=&-\frac{14}{15}\end{align*}$