kaoyan1basic 高等数学 第3题

教材习题

📝 题目

### 【强化篇】第3题(选择题) 3.设 $L$ 为曲线 $\displaystyle \left(x-\frac{1}{2}\right)^{2}+\left(y-\frac{1}{2}\right)^{2}=\frac{1}{2}$ ,取逆时针方向,$I=\oint_{L} 4 y \mathrm{~d} x+(x+y)^{2} \mathrm{~d} y, J= \oint_{L} 4 x \mathrm{~d} x+(x+y)^{2} \mathrm{~d} y, K=\oint_{L} 4 x y \mathrm{~d} x+(x+y)^{2} \mathrm{~d} y$ ,则 $I, J, K$ 的大小顺序为 $($ . (A)$I

💡 答案解析

**答案**:B **解析**: 步骤1:$L$为圆,参数化:$\displaystyle x=\frac{1}{2}+\frac{1}{\sqrt{2}}\cos\theta$,$\displaystyle y=\frac{1}{2}+\frac{1}{\sqrt{2}}\sin\theta$,$\theta$从$0$到$2\pi$。 步骤2:用格林公式,$I=\iint_D (2(x+y)-0)\mathrm{d}x\mathrm{d}y=2\iint_D (x+y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y$,$D$为圆盘。 步骤3:$J=\iint_D (2(x+y)-4)\mathrm{d}x\mathrm{d}y=2\iint_D (x+y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y-4\iint_D \mathrm{d}x\mathrm{d}y$,$K=\iint_D (2(x+y)-4y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y=2\iint_D (x+y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y-4\iint_D y\mathrm{d}x\mathrm{d}y$。 步骤4:由对称性,$\displaystyle \iint_D x\mathrm{d}x\mathrm{d}y=\iint_D y\mathrm{d}x\mathrm{d}y=\frac{1}{2}\iint_D (x+y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y$,且$\displaystyle \iint_D \mathrm{d}x\mathrm{d}y=\frac{\pi}{2}$。 步骤5:计算$\iint_D (x+y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y$,形心$\displaystyle (\frac{1}{2},\frac{1}{2})$,故$\displaystyle \iint_D (x+y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y=1\cdot\frac{\pi}{2}=\frac{\pi}{2}$。 步骤6:$\displaystyle I=2\cdot\frac{\pi}{2}=\pi$,$\displaystyle J=\pi-4\cdot\frac{\pi}{2}=\pi-2\pi=-\pi$,$\displaystyle K=\pi-4\cdot\frac{1}{2}\cdot\frac{\pi}{2}=\pi-\pi=0$,故$J

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:识别曲线类型并参数化
曲线L为圆,圆心(1/2,1/2),半径1/√2。参数化:x=1/2+(1/√2)cosθ,y=1/2+(1/√2)sinθ,θ从0到2π,逆时针方向。
公式:x=1/2+(1/√2)cosθ, y=1/2+(1/√2)sinθ
提示:参数化时注意方向与参数范围一致。
步骤 2/4
目标:应用格林公式将曲线积分转化为二重积分
对于I:P=4y,Q=(x+y)^2,则∂Q/∂x=2(x+y),∂P/∂y=4,由格林公式,I=∬_D (2(x+y)-4) dxdy。类似地,J:P=4x,Q=(x+y)^2,∂Q/∂x=2(x+y),∂P/∂y=0,J=∬_D 2(x+y) dxdy。K:P=4xy,Q=(x+y)^2,∂Q/∂x=2(x+y),∂P/∂y=4x,K=∬_D (2(x+y)-4x) dxdy。
公式:∮_L Pdx+Qdy = ∬_D (∂Q/∂x - ∂P/∂y) dxdy
提示:注意格林公式中∂Q/∂x - ∂P/∂y,符号不要弄错。
步骤 3/4
目标:利用对称性和形心简化二重积分计算
D为圆盘,面积S=π*(1/√2)^2=π/2。由对称性,∬_D x dxdy = ∬_D y dxdy。形心为(1/2,1/2),故∬_D x dxdy = (1/2)*S = π/4,∬_D y dxdy = π/4。∬_D (x+y) dxdy = (1/2+1/2)*S = π/2。
公式:∬_D x dxdy = x̄·S, ∬_D y dxdy = ȳ·S
提示:形心坐标即圆心坐标。
步骤 4/4
目标:计算I, J, K的值并比较大小
I = ∬_D (2(x+y)-4) dxdy = 2*(π/2) - 4*(π/2) = π - 2π = -π。J = ∬_D 2(x+y) dxdy = 2*(π/2) = π。K = ∬_D (2(x+y)-4x) dxdy = 2*(π/2) - 4*(π/4) = π - π = 0。因此J=π, K=0, I=-π,大小顺序为I
公式:I=-π, J=π, K=0
提示:注意比较时负值最小。

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