计算线积分 ∫ C F ⋅ d r ∫CF⋅d r其中 F = ⟨ sin x , − 3 cos y , 5 x z ⟩ F=⟨sinx,−3cosy,5xz⟩, C C是方程为 r ( t ) = ( − 2 t 3 , 2 t 2 , 3 t ) r(t)=(−2t3,2t2,3t)的轨迹,且 0 ≤ t ≤ 1 0≤t≤1。
时间: 2023-12-08 10:04:23 浏览: 61
曲线积分的计算法.ppt
首先,根据定义,线积分可以表示为:
∫ C F ⋅ d r = ∫ a b F ( r ( t ) ) ⋅ r ′ ( t ) d t \int_C \mathbf{F} \cdot d\mathbf{r} = \int_a^b \mathbf{F}(\mathbf{r}(t)) \cdot \mathbf{r}'(t) \, dt
其中,a和b分别是参数t的取值范围,r(t)是轨迹C在参数t处的位置向量,r'(t)表示轨迹C在参数t处的切向量。
根据题意,有:
r ( t ) = ( − 2 t 3 , 2 t 2 , 3 t ) , r ′ ( t ) = ( − 6 t 2 , 4 t , 3 ) \mathbf{r}(t) = (-2t^3, 2t^2, 3t), \mathbf{r}'(t) = (-6t^2, 4t, 3)
因此,
F ( r ( t ) ) = ⟨ sin ( − 2 t 3 ) , − 3 cos ( 2 t 2 ) , 5 ( − 2 t 3 ) ( 2 t 2 ) ⟩ = ⟨ − sin ( 2 t 3 ) , − 3 cos ( 2 t 2 ) , − 20 t 5 ⟩ \mathbf{F}(\mathbf{r}(t)) = \langle \sin(-2t^3), -3\cos(2t^2), 5(-2t^3)(2t^2) \rangle = \langle -\sin(2t^3), -3\cos(2t^2), -20t^5 \rangle
因此,线积分可以表示为:
∫ C F ⋅ d r = ∫ 0 1 ⟨ − sin ( 2 t 3 ) , − 3 cos ( 2 t 2 ) , − 20 t 5 ⟩ ⋅ ⟨ − 6 t 2 , 4 t , 3 ⟩ d t = ∫ 0 1 [ 12 t 2 sin ( 2 t 3 ) − 12 t cos ( 2 t 2 ) − 60 t 5 ] d t \begin{aligned} \int_C \mathbf{F} \cdot d\mathbf{r} &= \int_0^1 \langle -\sin(2t^3), -3\cos(2t^2), -20t^5\rangle \cdot \langle -6t^2, 4t, 3\rangle \, dt \\ &= \int_0^1 [12t^2\sin(2t^3) - 12t\cos(2t^2) - 60t^5] \, dt \end{aligned}
这个积分需要数值计算,可以使用计算器或数值积分方法进行估计。
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