题目
【对弧长的曲线积分:对称性】设L为x^2+y^2=R^2,则oint_(L)(x+y+1)ds=①π. ② 2pi. ③ pi R. ④ 2pi R.请选择你的答案bigcirc①bigcirc②bigcirc③bigcirc④
【对弧长的曲线积分:对称性】
设L为$x^{2}+y^{2}=R^{2}$,则$\oint_{L}(x+y+1)ds=$
①π. ②$ 2\pi$. ③$ \pi R$. ④$ 2\pi R$.
请选择你的答案
$\bigcirc$①
$\bigcirc$②
$\bigcirc$③
$\bigcirc$④
题目解答
答案
为了计算对弧长的曲线积分 $\oint_{L}(x+y+1)ds$,其中 $L$ 是圆 $x^2 + y^2 = R^2$,我们可以利用对称性来简化计算。
首先,将圆 $L$ 参数化。可以使用参数 $t$,其中 $0 \leq t < 2\pi$,来表示圆上的点:
\[ x = R \cos t, \]
\[ y = R \sin t. \]
弧长元素 $ds$ 可以表示为:
\[ ds = \sqrt{\left(\frac{dx}{dt}\right)^2 + \left(\frac{dy}{dt}\right)^2} \, dt. \]
计算 $\frac{dx}{dt}$ 和 $\frac{dy}{dt}$:
\[ \frac{dx}{dt} = -R \sin t, \]
\[ \frac{dy}{dt} = R \cos t. \]
因此,
\[ ds = \sqrt{(-R \sin t)^2 + (R \cos t)^2} \, dt = \sqrt{R^2 \sin^2 t + R^2 \cos^2 t} \, dt = \sqrt{R^2 (\sin^2 t + \cos^2 t)} \, dt = R \, dt. \]
现在,将 $x = R \cos t$,$y = R \sin t$ 和 $ds = R \, dt$ 代入曲线积分:
\[ \oint_{L} (x + y + 1) \, ds = \int_{0}^{2\pi} (R \cos t + R \sin t + 1) R \, dt. \]
这可以分解为三个积分:
\[ \int_{0}^{2\pi} (R \cos t + R \sin t + 1) R \, dt = R^2 \int_{0}^{2\pi} \cos t \, dt + R^2 \int_{0}^{2\pi} \sin t \, dt + R \int_{0}^{2\pi} 1 \, dt. \]
分别计算每个积分:
\[ R^2 \int_{0}^{2\pi} \cos t \, dt = R^2 \left[ \sin t \right]_{0}^{2\pi} = R^2 (\sin 2\pi - \sin 0) = R^2 \cdot 0 = 0, \]
\[ R^2 \int_{0}^{2\pi} \sin t \, dt = R^2 \left[ -\cos t \right]_{0}^{2\pi} = R^2 (-\cos 2\pi + \cos 0) = R^2 \cdot 0 = 0, \]
\[ R \int_{0}^{2\pi} 1 \, dt = R \left[ t \right]_{0}^{2\pi} = R (2\pi - 0) = 2\pi R. \]
将这些结果相加,得到:
\[ R^2 \int_{0}^{2\pi} \cos t \, dt + R^2 \int_{0}^{2\pi} \sin t \, dt + R \int_{0}^{2\pi} 1 \, dt = 0 + 0 + 2\pi R = 2\pi R. \]
因此,曲线积分的值是 $\boxed{2\pi R}$。
正确答案是 $\boxed{④}$。