题目
1.(单选题,2.0分)对弧长的曲线积分设L为单位圆周x²+y²=1,曲线积分int_(L)|y|ds的值为:A. 2B. 4
1.(单选题,2.0分)
对弧长的曲线积分
设L为单位圆周x²+y²=1,曲线积分$\int_{L}|y|ds$的值为:
A. 2
B. 4
题目解答
答案
B. 4
解析
本题考查对弧长的曲线积分的计算,解题思路是先利用曲线的对称性化简积分,再将曲线方程化为参数方程,最后根据曲线积分与路径参数的关系进行计算。
- 利用对称性化简积分:
已知曲线$L$为单位圆周$x^{2}+y^{2}=1$,它关于$x$轴和$y$轴对称。
对于函数$f(x,y)=\vert y\vert$,有$f(x,-y)=\vert -y\vert=\vert y\vert=f(x,y)$,$f(-x,y)=\vert y\vert=f(x,y)$,即$f(x,y)$关于$x$轴和$y$轴对称。
根据曲线积分的对称性可知,$\int_{L}\vert y\vert ds = 4\int_{L_{1}}\vert y\vert ds$,其中$L_{1}$是单位圆周在第一象限的部分,此时$y\geq0$,则$\vert y\vert = y$,所以$\int_{L}\vert y\vert ds = 4\int_{L_{1}}y ds$。 - 将曲线$L_{1}$化为参数方程:
单位圆周$x^{2}+y^{2}=1$的参数方程为$\begin{cases}x = \cos t\\y = \sin t\end{cases}$,$t\in[0,2\pi]$。
对于第一象限的部分$L_{1}$,$t$的取值范围是$[0,\frac{\pi}{2}]$。 - 计算弧长元素$ds$:
根据弧长元素公式$ds = \sqrt{(\frac{dx}{dt})^2 + (\frac{dy}{dt})^2}dt$,对$x = \cos t$,$y = \sin t$求导得:
$\frac{dx}{dt}=-\sin t$,$\frac{dy}{dt}=\cos t$。
则$ds = \sqrt{(-\sin t)^2 + (\cos t)^2}dt=\sqrt{\sin^{2}t + \cos^{2}t}dt$。
根据三角函数的平方关系$\sin^{2}t + \cos^{2}t = 1$,可得$ds = dt$。 - 计算曲线积分:
将$y = \sin t$,$ds = dt$代入$4\int_{L_{1}}y ds$中,可得:
$4\int_{L_{1}}y ds = 4\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\sin t dt$。
根据积分公式$\int\sin t dt = -\cos t + C$,计算定积分:
$4\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\sin t dt = 4[-\cos t]_{0}^{\frac{\pi}{2}}$
$= 4(-\cos\frac{\pi}{2} - (-\cos0))$
$= 4(0 - (-1))$
$= 4\times1 = 4$。