kaoyan1basic 高等数学 第207题

教材习题

📝 题目

### 第207题 曲线 $r=a \mathrm{e}^{b \theta}(a>0, b>0)$ 从 $\theta=0$ 到 $\theta=\alpha(\alpha>0)$ 的一段弧长为 (A)$s=\int_{0}^{\alpha} a \mathrm{e}^{b \theta} \sqrt{1+b^{2}} \mathrm{~d} \theta$ . (B)$s=\int_{0}^{\alpha} \sqrt{1+\left(a b \mathrm{e}^{b \theta}\right)} \mathrm{d} \theta$ . (C)$s=\int_{0}^{\alpha} \sqrt{1+\left(a \mathrm{e}^{b \theta}\right)^{2}} \mathrm{~d} \theta$ . (D)$s=\int_{0}^{a} a b \mathrm{e}^{b \theta} \sqrt{1+\left(a b \mathrm{e}^{b \theta}\right)^{2}} \mathrm{~d} \theta$ .

💡 答案解析

**答案**:A **解析**: 步骤1:极坐标弧长公式 $s = \int_{\theta_1}^{\theta_2} \sqrt{r^2 + (r')^2} d\theta$。 步骤2:$r = a e^{b\theta}$,$r' = ab e^{b\theta}$,则 $\sqrt{r^2+(r')^2} = a e^{b\theta}\sqrt{1+b^2}$。 步骤3:$s = \int_{0}^{\alpha} a e^{b\theta}\sqrt{1+b^2} d\theta$。 **难度**:★★☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:回忆极坐标下的弧长公式
极坐标下曲线弧长公式为 $s = \int_{\theta_1}^{\theta_2} \sqrt{r^2 + (r')^2} \, d\theta$,其中 $r' = \frac{dr}{d\theta}$。
公式:$s = \int_{\theta_1}^{\theta_2} \sqrt{r^2 + (r')^2} \, d\theta$
提示:注意公式中根号内是 $r^2$ 加上 $r'$ 的平方,不是 $r$ 的平方加 $1$。
步骤 2/4
目标:计算 $r$ 和 $r'$
已知 $r = a e^{b\theta}$,则 $r' = \frac{d}{d\theta}(a e^{b\theta}) = a b e^{b\theta}$。
公式:$r' = a b e^{b\theta}$
提示:指数函数求导时不要漏掉系数 $b$。
步骤 3/4
目标:代入弧长公式并化简
将 $r$ 和 $r'$ 代入公式:$\sqrt{r^2 + (r')^2} = \sqrt{(a e^{b\theta})^2 + (a b e^{b\theta})^2} = \sqrt{a^2 e^{2b\theta} (1 + b^2)} = a e^{b\theta} \sqrt{1 + b^2}$。
公式:$\sqrt{r^2 + (r')^2} = a e^{b\theta} \sqrt{1 + b^2}$
提示:提取公因式 $a^2 e^{2b\theta}$ 后开方,注意 $a>0$,$e^{b\theta}>0$,所以开方后为 $a e^{b\theta}$。
步骤 4/4
目标:写出弧长积分表达式
从 $\theta=0$ 到 $\theta=\alpha$ 的弧长为 $s = \int_0^\alpha a e^{b\theta} \sqrt{1+b^2} \, d\theta$。
公式:$s = \int_0^\alpha a e^{b\theta} \sqrt{1+b^2} \, d\theta$
提示:积分变量是 $\theta$,上下限对应角度范围。

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