计算线积分 ∫ C F ⋅ d r 其中 F = ⟨ − 5 sin x , 5 cos y , 10 x z ⟩ , C 是方程为 r ( t ) = ( − 2 t 3 , − t 2 , − 3 t ) 的轨迹,且 0 ≤ t ≤ 1 。 ∫ C F ⋅ d r =
时间: 2023-12-07 10:04:04 浏览: 145
曲线积分的计算法PPT学习教案.pptx
首先,我们需要计算参数化后的轨迹 $\vec{r}(t)=\langle -2t^3,-t^2,-3t\rangle$ 的切向量 $\vec{T}(t)$。
因为 $\vec{r}(t)$ 的每个分量都是关于 $t$ 的多项式,所以我们可以通过求导来得到 $\vec{T}(t)$:
$$\vec{T}(t)=\frac{d\vec{r}}{dt}=\langle -6t^2,-2t,-3\rangle$$
接下来,我们需要将 $\vec{F}$ 在 $\vec{T}(t)$ 上的投影作为被积函数,即 $F_{\parallel}=\vec{F}\cdot\frac{\vec{T}}{||\vec{T}||}$。
首先,我们需要计算 $\frac{\vec{T}}{||\vec{T}||}$:
$$\frac{\vec{T}}{||\vec{T}||}=\frac{\langle -6t^2,-2t,-3\rangle}{\sqrt{36t^4+4t^2+9}}$$
然后,我们需要计算 $\vec{F}\cdot\frac{\vec{T}}{||\vec{T}||}$:
$$\vec{F}\cdot\frac{\vec{T}}{||\vec{T}||}=\langle -5\sin(-2t^3),5\cos(-t^2),10(-2t^3)(-3t)\rangle\cdot\frac{\langle -6t^2,-2t,-3\rangle}{\sqrt{36t^4+4t^2+9}}$$
化简上式,得到:
$$\vec{F}\cdot\frac{\vec{T}}{||\vec{T}||}=-30t^2\sqrt{36t^4+4t^2+9}$$
现在,我们可以计算线积分:
$$\int_{C}\vec{F}\cdot d\vec{r}=\int_{0}^{1}\vec{F}(\vec{r}(t))\cdot\vec{T}(t)dt=\int_{0}^{1}\vec{F}(\vec{r}(t))\cdot\frac{\vec{T}(t)}{||\vec{T}(t)||}||\vec{T}(t)||dt=\int_{0}^{1}F_{\parallel}||\vec{T}(t)||dt$$
代入 $F_{\parallel}$ 和 $||\vec{T}(t)||$ 的表达式,得到:
$$\int_{C}\vec{F}\cdot d\vec{r}=\int_{0}^{1}-30t^2(36t^4+4t^2+9)dt=-\frac{115}{7}$$
因此,线积分的值为 $-\frac{115}{7}$。
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