5.2.5 曲线积分的计算(例5.39—5.44)

更新于 2026年10月10日 版权声明
5.2.5 曲线积分的计算(例5.39—5.44)

例5.39(江苏省2000年竞赛题) 计算曲线积分

图示

其中L为曲线y2=-图示(x-3)上点A(-2,-1)沿逆时针方向到该曲线上点B(3,0)的一段曲线.

解析 令P=x4+4xy3,Q=6x2y2-5y4,则

图示=图示=12xy2

且P,Q在全平面上偏导数连续,所以Pdx+Qdy存在原函数.通过观察法可以看出u=图示+2x2y3-y5,使得du=Pdx+Qdy.于是

图示

例5.40(南京大学1996年竞赛题) 求图示,其中曲线C由方程组图示给定.

解析 曲线C的参数方程为x=图示z=sinθ(0≤θ≤2π),于是

图示

例5.41(南京工业大学2009年竞赛题) 设Γ是由点(1,0)经y=1-x2到(-1,0)曲线段,则图示=________.

解析 令P(x,y)=图示则

图示

所以在不包含(0,0)的单连通区域内,图示与路径无关.作圆x2+y2=1(y≥0),从(1,0)到(-1,0)的上半圆周记为L,则L:x=cosθ,y=sinθ,θ从0到π,故

图示

例5.42(江苏省2012年竞赛题) 已知Γ为x2+y2+z2=6y与x2+y2=4y(z≥0)的交线,从z轴正向看上去为逆时针方向,计算曲线积分

图示

解析 方法1 记曲线Γ的x≥0的部分与x≤0的部分分别为Γ1与Γ2,其参数方程分别为

图示

分别在Γ1和Γ2上积分,有

图示

图示

两式相加,则

图示

方法2 记P=x2+y2-z2,Q=y2+z2-x2,R=z2+x2-y2,Σ为球面x2+y2+z2=6y位于交线Γ上方的部分,取上侧.利用斯托克斯公式,则

图示(https://www.daowen.com)

采用统一投影法计算.设D={(x,y)|x2+y2≤4y},因图示

故

图示

即

图示

例5.43(浙江省2009年竞赛题) 设R(x,y,z)=图示f(z-t)dt,其中f的导函数连续,曲面S为z=x2+y2被y+z=1所截的下面部分,取内侧,L为S的正向边界,求

图示

解析 因为在L上z=x2+y2,所以

图示

记R(z)=图示,代入原式化简,有

图示

这里A为曲线L上任一点.记P=0,Q=x3,R=R(z),应用斯托克斯公式,则

图示

曲面S在O-xy平面上的投影为图示D关于x=0对称,于是

图示

例5.44(全国大学生2009年初赛题) 设平面区域D={(x,y)图示0≤x≤π,0≤y≤π},L为D的正向边界,试证:

(1)∮Lxesinydy-ye-sinxdx=∮Lxe-sinydy-yesinxdx;

(2)∮Lxesinydy-ye-sinxdx≥图示

解析 (1)设正方形曲线L的4个顶点按逆时针排分别为O,A,B,C,则

图示

两式右端相等,所以(1)得证.

(2)由于ex=图示,所以

图示

由(1)问以及积分的保号性得

图示

图示

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