题目
单选题(共20题,100.0分) 3.(5.0分)设L是圆周x^2+y^2=1上由点A(1,0)到点B(0,1)较短的那段弧,则int_{2xydx+(1+x^2)dy等于:(5.0) A. 1 B. 2 C. (1)/(3) D. -(1)/(3)
单选题(共20题,100.0分) 3.(5.0分)设L是圆周$x^{2}+y^{2}=1$上由点A(1,0)到点B(0,1)较短的那段弧,则$\int_{2xydx+(1+x^{2})dy$等于:(5.0)
A. 1
B. 2
C. $\frac{1}{3}$
D. $-\frac{1}{3}$
A. 1
B. 2
C. $\frac{1}{3}$
D. $-\frac{1}{3}$
题目解答
答案
为了计算曲线积分 $\int_L (2xy \, dx + (1 + x^2) \, dy)$,其中 $L$ 是圆周 $x^2 + y^2 = 1$ 上由点 $A(1,0)$ 到点 $B(0,1)$ 较短的那段弧,我们可以使用格林公式。格林公式 states:
\[
\int_L (P \, dx + Q \, dy) = \iint_D \left( \frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y} \right) \, dA
\]
其中 $P = 2xy$ 和 $Q = 1 + x^2$。首先,我们计算 $\frac{\partial Q}{\partial x}$ 和 $\frac{\partial P}{\partial y}$:
\[
\frac{\partial Q}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x} (1 + x^2) = 2x
\]
\[
\frac{\partial P}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y} (2xy) = 2x
\]
因此,$\frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y} = 2x - 2x = 0$。根据格林公式,我们有:
\[
\int_L (2xy \, dx + (1 + x^2) \, dy) = \iint_D 0 \, dA = 0
\]
但是,格林公式要求 $L$ 是闭合曲线,而题目中的 $L$ 只是圆周上的一段弧。为了使用格林公式,我们需要将 $L$ 闭合,可以添加线段 $BA$(从 $B(0,1)$ 到 $A(1,0)$)。设 $C$ 是由 $L$ 和 $BA$ 组成的闭合曲线,那么:
\[
\int_C (2xy \, dx + (1 + x^2) \, dy) = \iint_D 0 \, dA = 0
\]
因此:
\[
\int_L (2xy \, dx + (1 + x^2) \, dy) + \int_{BA} (2xy \, dx + (1 + x^2) \, dy) = 0
\]
所以:
\[
\int_L (2xy \, dx + (1 + x^2) \, dy) = -\int_{BA} (2xy \, dx + (1 + x^2) \, dy)
\]
现在,我们计算 $\int_{BA} (2xy \, dx + (1 + x^2) \, dy)$。线段 $BA$ 的方程为 $y = -x + 1$,从 $B(0,1)$ 到 $A(1,0)$。将 $y = -x + 1$ 代入积分,我们得到:
\[
dy = -dx
\]
所以:
\[
\int_{BA} (2xy \, dx + (1 + x^2) \, dy) = \int_0^1 \left[ 2x(-x + 1) \, dx + (1 + x^2)(-dx) \right]
\]
\[
= \int_0^1 \left[ -2x^2 + 2x - 1 - x^2 \right] \, dx
\]
\[
= \int_0^1 \left[ -3x^2 + 2x - 1 \right] \, dx
\]
\[
= \left[ -x^3 + x^2 - x \right]_0^1
\]
\[
= \left( -1^3 + 1^2 - 1 \right) - \left( -0^3 + 0^2 - 0 \right)
\]
\[
= -1 + 1 - 1
\]
\[
= -1
\]
因此:
\[
\int_L (2xy \, dx + (1 + x^2) \, dy) = -(-1) = 1
\]
所以,正确答案是:
\[
\boxed{A}
\]