题目
设L是柱面方程 ^2+(y)^2=1 与平面 z=x+y 的交线,从z轴正向往z轴负-|||-向看去为逆时针方向,则曲线积分 int xzdx+xdy+dfrac ({y)^2}(2)dz= __

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查对空间曲线积分的计算能力,涉及参数方程的建立、微分元素的转换以及积分化简技巧。
解题核心思路:
- 参数化曲线:利用柱面方程$x^2 + y^2 = 1$的周期性,将曲线L参数化为$x = \cos t$,$y = \sin t$,并结合平面方程$z = x + y$得到$z = \cos t + \sin t$。
- 转换微分元素:将$dx$、$dy$、$dz$用参数$t$的微分表示,代入积分表达式。
- 分项积分:将积分拆分为三个部分分别计算,利用对称性、奇偶性简化计算过程,最终求和得到结果。
破题关键点:
- 参数方程的正确建立是基础,需确保参数范围覆盖整个闭合曲线。
- 积分项的化简需注意三角函数的周期性和对称性,例如$\int_0^{2\pi} \cos^2 t \, dt = \pi$,而奇函数在对称区间积分结果为0。
参数方程与微分元素
曲线L的参数方程为:
$\begin{cases}x = \cos t \\y = \sin t \\z = \cos t + \sin t\end{cases}
\quad (0 \leq t \leq 2\pi)$
对应的微分元素为:
$dx = -\sin t \, dt, \quad dy = \cos t \, dt, \quad dz = (-\sin t + \cos t) \, dt$
积分表达式展开
将积分拆分为三部分:
- $xz \, dx$:
$\cos t (\cos t + \sin t) (-\sin t) = -\cos^2 t \sin t - \cos t \sin^2 t$ - $x \, dy$:
$\cos t \cdot \cos t = \cos^2 t$ - $\dfrac{y^2}{2} \, dz$:
$\frac{\sin^2 t}{2} (-\sin t + \cos t) = -\frac{\sin^3 t}{2} + \frac{\sin^2 t \cos t}{2}$
合并并化简积分
总积分为:
$\int_0^{2\pi} \left[ -\cos^2 t \sin t - \cos t \sin^2 t + \cos^2 t - \frac{\sin^3 t}{2} + \frac{\sin^2 t \cos t}{2} \right] dt$
关键化简:
- $-\cos^2 t \sin t$:积分结果为0(奇函数对称性)。
- $\cos^2 t$:积分结果为$\pi$(利用$\cos^2 t = \dfrac{1 + \cos 2t}{2}$)。
- 其他项:均含奇函数因子,积分结果为0。