题目
2. 曲线L为y=sin x从(0,0)到(π,0)的一段,计算积分I=int_(L)(2xye^x^(2)+x)dx+(e^x^(2)+x)dy.
2. 曲线L为$y=\sin x$从(0,0)到(π,0)的一段,计算积分$I=\int_{L}(2xye^{x^{2}}+x)dx+(e^{x^{2}}+x)dy$.
题目解答
答案
为了计算积分 $ I = \int_{L} (2xye^{x^2} + x) \, dx + (e^{x^2} + x) \, dy $,其中 $ L $ 是曲线 $ y = \sin x $ 从 $ (0,0) $ 到 $ (\pi,0) $ 的一段,我们可以使用格林定理。格林定理指出,对于一个正向、分段光滑、简单闭合曲线 $ C $ 和由 $ C $ 围成的区域 $ D $,如果 $ P $ 和 $ Q $ 在 $ D $ 上有一阶连续偏导数,那么
\[
\int_C P \, dx + Q \, dy = \iint_D \left( \frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y} \right) \, dA.
\]
然而,由于曲线 $ L $ 不是闭合的,我们不能直接应用格林定理。相反,我们可以参数化曲线 $ L $ 并直接计算线积分。曲线 $ L $ 可以参数化为 $ x = t $ 和 $ y = \sin t $ 对于 $ 0 \le t \le \pi $。因此,$ dx = dt $ 和 $ dy = \cos t \, dt $。
将 $ x = t $,$ y = \sin t $,$ dx = dt $,和 $ dy = \cos t \, dt $ 代入积分,我们得到
\[
I = \int_{0}^{\pi} \left( 2t \sin t e^{t^2} + t \right) \, dt + \left( e^{t^2} + t \right) \cos t \, dt.
\]
我们可以将这个积分合并为一个积分:
\[
I = \int_{0}^{\pi} \left( 2t \sin t e^{t^2} + t + e^{t^2} \cos t + t \cos t \right) \, dt.
\]
我们可以将这个积分分为四个独立的积分:
\[
I = \int_{0}^{\pi} 2t \sin t e^{t^2} \, dt + \int_{0}^{\pi} t \, dt + \int_{0}^{\pi} e^{t^2} \cos t \, dt + \int_{0}^{\pi} t \cos t \, dt.
\]
让我们分别计算每个积分。首先,考虑 $ \int_{0}^{\pi} 2t \sin t e^{t^2} \, dt $。注意到 $ 2t e^{t^2} $ 是 $ e^{t^2} $ 的导数,因此我们可以使用分部积分法。设 $ u = \sin t $ 和 $ dv = 2t e^{t^2} \, dt $。那么 $ du = \cos t \, dt $ 和 $ v = e^{t^2} $。使用分部积分法,我们得到
\[
\int_{0}^{\pi} 2t \sin t e^{t^2} \, dt = \left[ \sin t e^{t^2} \right]_{0}^{\pi} - \int_{0}^{\pi} e^{t^2} \cos t \, dt = 0 - \int_{0}^{\pi} e^{t^2} \cos t \, dt = - \int_{0}^{\pi} e^{t^2} \cos t \, dt.
\]
因此,积分简化为
\[
I = - \int_{0}^{\pi} e^{t^2} \cos t \, dt + \int_{0}^{\pi} t \, dt + \int_{0}^{\pi} e^{t^2} \cos t \, dt + \int_{0}^{\pi} t \cos t \, dt = \int_{0}^{\pi} t \, dt + \int_{0}^{\pi} t \cos t \, dt.
\]
接下来,计算 $ \int_{0}^{\pi} t \, dt $:
\[
\int_{0}^{\pi} t \, dt = \left[ \frac{t^2}{2} \right]_{0}^{\pi} = \frac{\pi^2}{2}.
\]
现在,计算 $ \int_{0}^{\pi} t \cos t \, dt $ 使用分部积分法。设 $ u = t $ 和 $ dv = \cos t \, dt $。那么 $ du = dt $ 和 $ v = \sin t $。使用分部积分法,我们得到
\[
\int_{0}^{\pi} t \cos t \, dt = \left[ t \sin t \right]_{0}^{\pi} - \int_{0}^{\pi} \sin t \, dt = 0 - \left[ -\cos t \right]_{0}^{\pi} = -\left( -1 - 1 \right) = -(-2) = 2.
\]
因此,积分 $ I $ 是
\[
I = \frac{\pi^2}{2} + 2.
\]
最终答案是
\[
\boxed{\frac{\pi^2}{2} + 2}.
\]