作者 : 闫浩 4 年 月 / 9 d d. 由结果 可知 积分 d d 与路径无关 从而 d d d d 是某函数的全微分 由此得 a a 由 在 R 上且只有惟一零点 O a a a 考虑到 a d d 利用第 问的结论 可以直接取 : a 代入积分并利用格林公式 注意到椭圆 / / a 的面积

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1 作者 : 闫浩 4 年 月 微积分 B 第六次习题课答案 第十四周. 以下哪些命题要求单连通域?. Pd Qd Q P d 是 的正向边界 B. Pd Qd 为 内任一闭曲线 在 内 Pd Qd 与路径 l 无关. Pd Qd 在 内与路径 l 无关 在 内有 Pd Qd d l 是某个二元函数. Pd Qd d 在 内成立 Q P 在 内成立 向量场 F X i Y j 在域 内有连续的偏导数 是 中任意简单闭曲线 则下列论断中不正确的是. 若 F Y X 则在 内必有 ; B 若 F 则在 内必有可微函数 使得 d X d Y d Y X 若在 内处处有 则 F ; 若 是 中固定起点和终点的任意一条简单曲线 与路径 无关 则 F. l F 之值. 若函数 在 R 上偏导数连续 且只有惟一零点 O ; 又对任何包含 O 的光 滑正向闭曲线 曲线积分 证明 : 对任何不包含 d d 为常数. d d O 的光滑闭曲线 曲线积分 若 试求?? 解 : 设 为任一不包含 O 的光滑闭曲线 在 基础上加一段使曲线 之 包含原点 如图所示. 则 M d d PBN / 9 B N P

2 作者 : 闫浩 4 年 月 / 9 d d. 由结果 可知 积分 d d 与路径无关 从而 d d d d 是某函数的全微分 由此得 a a 由 在 R 上且只有惟一零点 O a a a 考虑到 a d d 利用第 问的结论 可以直接取 : a 代入积分并利用格林公式 注意到椭圆 / / a 的面积是 a 得 a 即 a. 4. 已知 d d 其中 是绕原点一周的任意正向闭曲线 试求 及. 解 : 根据题中条件 可以证明

3 作者 : 闫浩 4 年 月 d d 其中 是任意一条不包围原点的封闭曲线 因此 从而 故 考虑到 得 取 为 得 5. 已知曲线积分 d d d d 的值 解 : 因为曲线积分 d d d d d d dd 与路径无关 其中 d d 与路径无关 所以 d d d d 连续可导 且 求 或根据 得 考虑到 得 从而 / 9

4 作者 : 闫浩 4 年 月 6. 计算积分 : d d d d cos d si cos d 沿任一条不与轴相交的曲线 X 解 : 由于 cos Y si cos d si cos d = = d cos d d si d = d cos d si d = d dsi si d d si cos d si cos d = d si si d d 7. 计算 其中 为 : 任意不围绕也不通过 z 轴的闭曲线 正方向如图 记作 ; 任意围绕 z 轴一周的闭曲线 正方向如图 记作. 解 rot 由 Stokes 公式 d d rot ds S d d 由 Stoke 公式 d d S S 4 / 9

5 作者 : 闫浩 4 年 月 5 / 9 设 4 为单位圆 逆时针为正向 由 Gree 公式化 4 4 d d d d d d 点评 注意到 Stokes 公式的灵活运用 8. 设函数 在有界闭域 上具有二阶连续偏导数 且满足. 记 的边界为 的外向单位法向量为 若 求曲线积分 的值 ; 求证. 解 j i cos cos d d. ] [ dd 其中用到 cos cos d d j i 证明由于 ] [ d d dd 其中用到 且函数 的一阶偏导数连续 所以 从而. 考虑到 及函数 的连续性

6 作者 : 闫浩 4 年 月 便知. 9. 设 是一空间区域 为逐段光滑曲线 为 的单位外法向 v 证 明 : ds dddz ; v ds vdddz vdddz ; v ds v v dddz. 其中 v z i j k. z. 设 为有界开集 上的调和函数 即 z cos r r 4 ds r r 量 r r 为 的单位外法向 ; r ds r ds r r 证明 : 其中 r 为 内任意一点 r 为 r 到 上点的向 其中 M z B M r z z i j k r r.. 证明 : 梯度算子在柱坐标下的表达式为 e e e r r z 证明 : 复合函数求导 具体细节从略 请助教讲课时详细讲解 r z ; 注释 : 在流体力学 固体力学等学科中 球坐标 柱坐标下的表达式表示一些方程很简单 希望大家能掌握推导这些公式的基本方法 散度算子 拉普拉斯算子在柱坐标 球坐标下的表达式分别为 : r M N 柱坐标 : 散度算子 : V er M e Nez; V ; r r z 拉普拉斯算子 : V r ; r r r r z 球坐标 : 梯度算子 : er e e ; r r r si 散度算子 : V er M e Ne ; V r si M N ; r r r si r si 拉普拉斯算子 : V [si r ]. r r r si si. 求解下列一阶方程 : e si si d d 6 / 9

7 作者 : 闫浩 4 年 月 l l d d d 7 8 si 9 d si e tg 5 d 4 ta 5 d 部分解答 : 由 e 得到 e d e d 两边积分为 : d d e e si si si cos 显然 是一个特解. 时 d cos d 两边积分 : l ta 4si. si 4 d d 利用分离变量法 : 求得通解 : l l 特解为 :. 4 5 特解为 :. 时 d 由常数变异法可解. d 6 l l d d. 在 XOY 坐标平面上 连续曲线 过点 M 其上任意点 P 斜率与直线 OP 的斜率之差等于 a 常数 a Ⅰ 求 的方程 : Ⅱ 当 与直线 a 8 所围成平面图形的面积为时 确定 a 的值. 处的切线的 解 Ⅰ 设 的方程为 于是 记 在点 P 处切线斜率为 7 / 9

8 作者 : 闫浩 4 年 月 k 直线 OP 的斜率 k 由题设知 k k a 因此 a a 这表明 是下列一阶线性微分方程初值问题的特解 : 方程的通解为 d e [ ae d [ a d] a 令 得 a a a d 故曲线 的方程为二次抛物线 Ⅱ 曲线 与直线 a 的交点满足 a a a a 解出两个交点 与 a 曲线 与直线 a 所围成的平面图形面积为 S a [ a a ] d a d 8 4 a a4 a 4 8 令 S a a 得到常数 a 4. 解方程 : d d d 求微分方程 满足初始条件 的解 解 设 化为 方法 将上述方程视为关于 的一阶线性方程 d d 一般解为 d 由 得到 8 / 9

9 作者 : 闫浩 4 年 月 特解为 方法 对 采用凑微分方法得到 d d d 化为 d d d 则有 d d 解得 以下解法同 方法 5. 设 在 [ 上连续 且 lim 证明 : d 当 a 时 方程 a d 的任意解 均有 : lim 当 a 时 该方程只有一个解当 时 趋于 a. d 6. 设一阶线性齐次微分方程 d 的系数 是以 为周期的周期函数 且 连续 证明 : 该方程的非零解以 为周期的充分必要条件是 d d 7. 设 是以 T 为周期的连续函数 而 是方程 d 的解 且满足 T 求证 : 是以 T 为周期的周期函数. 8. 证明 Growall 不等式 设 t t t 是 [T] 上的非负可积函数 且对于任意的 t 属于 [T] 有 : t t t t 成立证明 : 对于任意的 t 属于 [T] 有 a t s ds t [ ] t e s ds 设 t 是 [ T] 上的非负可积函数 且对于任意的 t 属于 [ T] 有 : t t s ds 其中常数 大于. 证明 : 对于任意的 t 属于 [T] 有 t t te. 9 / 9

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