应用格林公式计算曲线积分 ∫yx^2dx-x^2dy, 其中x^2+y^2=25
时间: 2023-11-13 14:53:18 浏览: 34
根据格林公式,曲线积分可以转化为对应区域的双重积分。设 D 为曲线 x^2+y^2=25 围成的区域。则有:
∫∫D(∂Q/∂x - ∂P/∂y) dxdy = ∫∫D(y^2 + 2x) dxdy
接下来,我们需要确定积分区域 D 的边界曲线。由于积分区域是一个圆,因此可以使用极坐标表示,即:
x = r cosθ
y = r sinθ
其中,r 的取值范围为 0 ~ 5,θ 的取值范围为 0 ~ 2π。根据边界曲线的方程,可以得到边界曲线分别为:
x^2 + y^2 = 25
r = 5
接下来,我们需要将积分区域 D 分成两部分,分别对应于圆的上半部分和下半部分。对于上半部分,θ 的取值范围为 0 ~ π,对应的双重积分为:
∫∫D(y^2 + 2x) dxdy = ∫0^π ∫0^5 (r^3 sin^2θ + 2r^2 cosθ) dr dθ = 5π/2
对于下半部分,θ 的取值范围为 π ~ 2π,对应的双重积分为:
∫∫D(y^2 + 2x) dxdy = ∫π^2π ∫0^5 (r^3 sin^2θ + 2r^2 cosθ) dr dθ = -5π/2
因此,整个曲线积分的值为 0。
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应用格林公式计算曲线积分 ∫yx^2dx-x^2dy, 其中有向曲线x^2+y^2=25
根据格林公式,曲线积分可以转化为对应区域的双重积分。设 D 为曲线 x^2+y^2=25 围成的区域。则有:
∫∫D(∂Q/∂x - ∂P/∂y) dxdy = ∫∫D(y^2 + 2x) dxdy
接下来,我们需要确定积分区域 D 的边界曲线。根据题目中给出的有向曲线,可以看出积分区域 D 是一个圆,且按照逆时针方向给定。因此,可以使用极坐标表示,即:
x = r cosθ
y = r sinθ
其中,r 的取值范围为 0 ~ 5,θ 的取值范围为 0 ~ 2π。根据边界曲线的方程,可以得到边界曲线为:
x^2 + y^2 = 25
θ 的取值范围为 0 ~ 2π
接下来,我们可以将积分区域 D 分成两部分,分别对应于圆的上半部分和下半部分。对于上半部分,θ 的取值范围为 0 ~ π,对应的双重积分为:
∫∫D(y^2 + 2x) dxdy = ∫0^π ∫0^5 (r^3 sin^2θ + 2r^2 cosθ) dr dθ = 5π/2
对于下半部分,θ 的取值范围为 π ~ 2π,对应的双重积分为:
∫∫D(y^2 + 2x) dxdy = ∫π^2π ∫0^5 (r^3 sin^2θ + 2r^2 cosθ) dr dθ = -5π/2
因此,整个曲线积分的值为 0。
应用格林公式计算曲线积分 ∫yx^2dx-x^2dy, 其中L为下-|||-L-|||-图所示的有向曲线.-|||-y-|||-(0,5)-|||-x^2+y^2=25
首先,我们需要将曲线参数化。由于曲线是以 $x^2 + y^2 = 25$ 为条件的,我们可以使用极坐标参数化曲线:
$$x = 5\cos t, \quad y = 5\sin t, \quad 0 \leq t \leq \pi$$
接下来,我们需要计算曲线上的切向量 $\mathbf{T}(t)$ 和法向量 $\mathbf{N}(t)$。切向量可以通过对参数方程求导得到:
$$\mathbf{T}(t) = \frac{d}{dt}\begin{pmatrix} 5\cos t \\ 5\sin t \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -5\sin t \\ 5\cos t \end{pmatrix}$$
然后,我们可以通过对切向量旋转 $90^\circ$ 得到法向量:
$$\mathbf{N}(t) = \begin{pmatrix} 0 & -1 \\ 1 & 0 \end{pmatrix} \mathbf{T}(t) = \begin{pmatrix} 5\cos t \\ 5\sin t \end{pmatrix}$$
现在,我们可以将曲线积分表示为:
$$\int_L yx^2 dx - x^2 dy = \int_0^\pi (5\sin t)(25\cos^2 t) (-5\sin t) dt - (25\cos^2 t)(5\cos t) (5\cos t) dt$$
$$= -625\int_0^\pi \sin^2 t \cos^2 t dt - 625\int_0^\pi \cos^4 t dt$$
对于第一个积分,我们可以使用恒等式 $\sin^2 t \cos^2 t = \frac{1}{4} \sin^2 2t$:
$$-625\int_0^\pi \sin^2 t \cos^2 t dt = -\frac{625}{4}\int_0^{2\pi} \sin^2 u du = -\frac{625}{8}\int_0^{2\pi} (1 - \cos 2u) du = \frac{625\pi}{4}$$
对于第二个积分,我们可以使用恒等式 $\cos^4 t = \frac{1}{8} (3 + \cos 4t + \cos 2t)$:
$$-625\int_0^\pi \cos^4 t dt = -\frac{625}{8}\int_0^{2\pi} (3 + \cos 4u + \cos 2u) du = -\frac{625}{8}(6\pi + 2\pi + 0) = -\frac{5000\pi}{8}$$
因此,曲线积分的结果为:
$$\int_L yx^2 dx - x^2 dy = \frac{625\pi}{4} + \frac{5000\pi}{8} = \frac{7125\pi}{8}$$