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1 作者 : 闫浩 ( 年 月 微积分 B( 第五次习题课答案 ( 第十二周 一 第二型曲线 曲面积分 三大公式. 计算下列曲线积分 ( 设有向折线 为 ( A cos d si d 解 ( 方法 cos d si d AB cos ( 方法 用 Gree 定理方法 : cos d si d cos ABCA B ( C ( 的两段线段构成 计算 d si si d BC cos d si d cos d d si ( si cos si cos dd ABC d ( B d CA cos d si cos ( d si d d d( ( 计算 ( d ( d : A( B( 解 : I ( A ( d ( d d d ( 设正向闭曲线 C 的方程为 则 C. 解 C dl C 5 dl ; C d d C d d dd 其中 是 C 围成的棱形区域. 设曲线 : f ( ( f ( 具有一阶连续偏导数 过第 Ⅱ 象限内的点 M 和第 Ⅳ 象限内的点 N 为 上从点 M 到点 N 的一段弧 则下列小于零的是 (A f ( d (B f ( d (C f ( ds ( f ( d f ( d 解 答案:(B 解释 :(A 曲线过第 Ⅱ 象限内的点 M 和第 Ⅳ 象限内的点 N 为 上从点 M 到点 N 的一

2 作者 : 闫浩 ( 年 月 段弧 标 (B f ( d d ( N ( M 其中 ( M ( N 分别表示 M N 的 坐 f ( d d ( N ( M : 其中 ( M ( N 分别表示 M N 的 坐 标 其中 (C f ( ds ds 弧长 ( f ( d f ( d = d d d e cos. 求 I e b : 沿 si d 其中 b 为正常数 从 A 到 O 的曲线. 解 : 用 Gree 公式计算. I = e cos e cos bdd - e si b d e cos d A b dd d = b = b b d = b b. 解 : 本题也可用原函数计算. I e si bd e cos d bd d d e si b d e si b bd bd bd d b b d e si b b b d b b ( P. 求 e d [ e ( ] d 其中 P ( P ( 为曲线 ( P : ( 与 ( 的交点 两曲线所围区域的面积为常数 A Y X 解 : 设 : (

3 作者 : 闫浩 ( 年 月 I d ( P ( P e d (e d e l I A e l 注意 : 还有一种情况 I A e l 5. 证明 cos( dl 其中 为简单光滑的平面封闭曲线 为曲线的外法线方向 证明 : 设 ( 切向量为 则 ( cos( cos( cos cos( dl cos( dl Gree公式 d d 6. 设 t {( R t t } f ( 在 t 上连续 在 t 内可微 f ( f f t 的正向边界为 C t 若 f ( 在 t 上满足方程 f ( 设曲线 C t 的 外法矢量为 ( t 则 极限 f lim dl ( A t cos t Ct (A. (B. (C. (. 7. 已知平面区域 {( } 为 的正向边界. 试证 : si si si si ( e d e d e d e d ; ( si si e d e d. si si 解 : ( 左边 = e d e d = 所以 右边 = e si e si d e d si si e d e d = si si si ( e e d si si ( e e d d e si si ( 由于 e e 故由 ( 得 si d.

4 作者 : 闫浩 ( 年 月 e si d e si 解 :( 根据格林公式 得 d ( e si si si si si e d e d ( e e e si dd si si si si e d e d ( e e dd. 因为 具有轮换对称性 所以 故 e si ( 由 ( 知 si si (e e d e si dd d = e d si si (e e dd si d e si si si si e d e d ( e e si si = e dd e dd si si = e dd e dd = si si (e e dd si d. ( 利用轮换对称性 dd dd 8. 计算 I d ( d 点 ( 到点 ( 6. 解 : 的参数方程为 是曲线 参数 从 变到 所以.. 在第一卦限中的部分 从 I [ d ( ( ( d ] d 9. ( d d C d 其中 C 是平面 与柱面 交线 从 轴正方向看去 C 为顺时针方向

5 作者 : 闫浩 ( 年 月 cost 解 取曲线 C: 的参数方程为 : si t cost si t I ( d ( d ( d t : [( cost( si t ( cost si t (cost (cost si t(cost si t] dt / (cos t si t dt cos tdt 8 cos tdt 解 取曲线 C: I ( d ( d ( d ( d ( d ( d d ( d ( d ( d cost.costdt. 解 设 是平面 上以 C 为边界的圆盘 的 ( / 根据 tokes 公式 得 ( d ( d ( d = I d d dd i j k ( 设 是球面 和平面 6 的交线 从 O 轴正向向下看 为逆时针方向. 则 d d d d (. ( 斯托克斯公式. 计算 I ( d ( d ( d 其中 是平面 与柱面 的交线 从 轴正向看去 为逆时针方向 解 : 记 分别为 在第一 第二 第三和第四卦限中的部分 则

6 作者 : 闫浩 ( 年 月 I((( d d d (((((( d d d d d d ((( d +((( d d d d d ( d (( 7 d ( 化曲线积分为定积分 ( 7 d ( ( 7 d 7 79 另解 : 记 为 在 平面上的投影 则 d d d d ( 化空间曲线积分为平面曲线积分 I [( ] [( ] [ ]( [( ] [( ] d d (6 dd( Gree 公式. 计算下列各个曲面积分 : ( I dd dd dd 其中 为曲面 ( 的上侧 解 ( 方法 直接计算 记曲面 在三个坐标面上的投影分别为 dd dd dd dd d d 所以 : [( ] d dd I dd dd dd ( dd 8 d d ( 方法 利用法向量 将第二类曲面积分变成第一类曲面积分计算 : ( i j k

7 作者 : 闫浩 ( 年 月 (i j k 6 6 I ( i j k d d 6 6 其中 d dd 6 6 d 因此只需计算 I 6 d ( dd 即可 其中 : 我们利用极坐标变换 则 I ( dd d8(( r si r dr ( si( d r r dr 注 : 我们采取的变换是 r cos r si r 绝对值为 r 即 J r ( 方法 利用 Guss 公式. 式 加上辅助平面 : dd dd dd 因此变换的雅可比行列式的 下侧为正 组成内则为正的封闭曲面 由 Guss 公 dd dd dd ddd d dd 6 ( d 而 dd dd dd dd 故 I dd dd dd ( I dd dd dd 其中 为旋转抛物面 介于 和 之

8 作者 : 闫浩 ( 年 月 间的部分 上侧为正 解 ( 方法 设 分别是曲面 在三个坐标面 O O 和 O 上的投影区域 则 ; 所以 I dd dd = 后侧 =- dd+ 前侧 dd dd+ dd 左侧 - dd+ dd dd+ 右侧 dd dd - dd dd =- dd d r dr d d 8 d d 6 cos tdt 6 特别提示 本解法用了将积分曲线向各个坐标面左投影的方法 此方法对某些曲面积分的计 算是很有效的 利用积分值与积分变量的记号无关的性质 得到 dd= - dd ( 方法 取 : 下侧为正 是由于 和 围成的区域 根据高斯公式 得 I dd dd dd dd dd dd

9 作者 : 闫浩 ( 年 月 dv dd d rdr rd r 解毕 特别提示注意本解法中利用高斯公式的方法 以及 的边界的方向 ( 方法 记 I dd dd dd 则 dd dd d r rdr ( 设 为曲面 ( 的上侧 计算 I ( d d ( d d ( d d ( 8 ( 解 补上 : 下侧 用 Guss 公式 I ddd ( d d dd = 8 cos d d ( ( d^ d ( d^d ( d^d 其中 : 的外侧 X Y Z 解 : 由高斯公式 u dv 作变换 : v w dv ( dv' ( u v w ' ' dv

10 作者 : 闫浩 ( 年 月 : ' w v u 为八面体 6 8 (5 计算 ds ( 其中 为 ( 解 : 注意到循环对称 解 ( 方法 直接化为二重积分计算 由于 所以 dd d 记 则 d d I dd 8 si cos 9 8 rd r r d dd 特别提示本方法利用了轮换对称性 ( 方法 记 取 : 方向向下 ; : 方向向左 ; : 方向向后 根据 Guss 公式 得 dd dd dd I 上侧 dd dd dd dd dd dd dd dd dd dd dd dd dd dd dd dv 9 dd

11 作者 : 闫浩 ( 年 月 其中 是球体在第一卦限中的部分 解毕 特别提示本解法利用了两类曲面积分之间的关系 (6 计算 I cos ( cos ( cos ( d R : (cos cos cos 是 的外法向量 解 : 由于 ( 所以 R I [( ( ( ] d R R R 根据曲面 关于坐标面的对称性 得 I [( ( ] d R R 同样的理由 得 d d 因此 I (7 设 s 为 : 封闭体 H H 的外侧表面 i j R k 则 R ds s (A HR. (B HR. (C HR. ( HR. 二 含参变量的定积分与广义积分. 证明 : 维空间中半径为 r 的球的体积为 V ( r ( 可以用结论 : cos tdt B 函数与 函数的关系得到 证明 : 而 ( ( r ( 此公式可以设 cos t u 化为 B 函数 然后通过 i ui ( r ( r u u u V r d r du u u r V

12 作者 : 闫浩 ( 年 月 ( ( (( u u u V du du u V u du u V du u si ( V (( u du( cos V ( d V ( V 从而 V ( ( ( (. 因此有 V (( ((( V V ( V ((( V V 5 ((( V V (((( 所以 V ( r r (. 利用含参变量的积分求 : rct( t d ( t I si d b si(l( d b l rct( t 解 :( 令 I( d ( 则 t 令 t t 得 I ( I ( d t d t t t dt t t 又因为 I ( 所以 I( I( I( ( 由于 I ( d d l( dt b si(l l d b si(l dd b si(l dd

13 作者 : 闫浩 ( 年 月 而 故 si(l d si(l cos(l si(l d ( ( si(l d ( cos(l d si(l d 从而 b si(l l b d si(l d d b d ( rct( rct( b t si ( 构造 I( e d ( t. 先求出 I( 最后令 t.

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