2023數(shù)分Day83(曲線積分1:對(duì)稱性與參數(shù)方程法)
一、整體難度:比較簡(jiǎn)單,本節(jié)參數(shù)方程法直接套公式、利用對(duì)稱性分析圖像即可。
二、需要掌握的內(nèi)容
1、第一型曲線積分和第二型曲線積分區(qū)別?
(1)積分對(duì)象不同
第一型曲線積分是對(duì)弧長(zhǎng)積分,對(duì)弧長(zhǎng)的曲線積分的積分元素是弧長(zhǎng)元素;
第二型曲線積分是對(duì)坐標(biāo)(有向弧長(zhǎng)在坐標(biāo)軸的投影)積分,對(duì)坐標(biāo)軸的曲線積分的積分元素是坐標(biāo)元素。
(2)應(yīng)用場(chǎng)合不同
第一型曲線積分求非密度均勻的線狀物體質(zhì)量等問(wèn)題,
第二型曲線積分解決做功類等問(wèn)題。
(3)方向不同
第一型曲線積分,都是和方向無(wú)關(guān)的,對(duì)標(biāo)量的積分。
第二型曲線積分,都是和方向有關(guān)的,對(duì)某種意義上的矢量的積分。
2、兩個(gè)涉及sinx、cosx非常重要的積分公式及證明
積分公式一:


積分公式二:






3、第一型與第二型曲線積分的計(jì)算公式?
①要熟悉直角坐標(biāo)系、極坐標(biāo)系、參數(shù)方程系的計(jì)算公式;
平面:

空間:

②對(duì)于參數(shù)方程中,對(duì)于常見(jiàn)的圓(參考題7)、橢圓(參考題1)的參數(shù)方程要會(huì)寫;
③熟悉Green公式(題7)

三、具體題目
這里要區(qū)分第一型和第二型曲線積分,
題2和題7是第二型曲線積分,
其余題目都是第一型曲線積分。
區(qū)分這一點(diǎn)很重要,可以通過(guò)弧長(zhǎng)微分ds判斷這是第一型曲線積分。
(一)第一型曲線積分
題1(暨南大學(xué))
套公式,觀察L,發(fā)現(xiàn)要會(huì)寫橢圓的參數(shù)方程,還要算x和y的導(dǎo)數(shù)的平方和,然后算積分即可(算積分可能會(huì)利用湊微分,盡量讓變量數(shù)減少來(lái)做)

題3(廣西大學(xué))
仍然是直接套參數(shù)方程的公式,轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)來(lái)做.
注意:化為極坐標(biāo)之后由于是θ的求積分,所以得把r再化成θ的表達(dá)式來(lái)做,這一點(diǎn)很重要,最后的積分絕對(duì)值分兩段來(lái)做。

題4(華中師范)
充分利用對(duì)稱性將被積函數(shù)簡(jiǎn)化,利用輪換對(duì)稱性,對(duì)這個(gè)曲線的方程式選擇適當(dāng)?shù)淖兞縼?lái)做極坐標(biāo)變換。算積分可能涉及到一個(gè)重要的積分公式(如果會(huì)這個(gè)公式(見(jiàn)本節(jié)二、2“一個(gè)重要的積分公式”),可以簡(jiǎn)單些;如果不會(huì)做,也可以湊微分做)

題5(上海大學(xué))
就是利用輪換對(duì)稱性,在利用題干條件,算一下曲線積分即可(圓的周長(zhǎng)公式C=2πr=πd,d為直徑)

題6(東北師范)
由于題干已經(jīng)給了參數(shù)方程和范圍,所以直接套公式就可以了,很好算的。

(二)第二型曲線積分
題2(四川大學(xué))
法一:聯(lián)立方程求出交線后,寫出單位法向量,利用一下Stokes公式,發(fā)現(xiàn)為0
法二:分兩段做。
第一段:聯(lián)立方程求出交線后,發(fā)現(xiàn)z=1/2,則dz=0,化簡(jiǎn)被積函數(shù);
第二段:由于L關(guān)于xz坐標(biāo)平面對(duì)稱,且對(duì)稱點(diǎn)處被積函數(shù)x+z取值相同,但dx符號(hào)相反,所以(x+z)dx的積分值為0.
最后二者相加,積分值為0
(注:這里由于是第二型曲線積分,積分是涉及方向的!?。?/strong>

題7(吉林大學(xué))
法一:先畫圖來(lái)看,L分成L1+L2,一段是半圓周,一段是直線,分別算,半圓周利用到圓的參數(shù)方程(這個(gè)要會(huì)),θ范圍要寫對(duì).
注意這里題目是xydx,而不是xyds,所以寫參數(shù)方程后,dx=d(a+acosθ)=-asinθdθ?。。?span id="s0sssss00s" class="color-pink-02 font-size-20">而不是向弧長(zhǎng)微分那樣用x和y的導(dǎo)數(shù)平方和做,這一點(diǎn)很重要?。?!
法二:先畫圖,利用Green公式,確定D的范圍(即r和θ范圍),算二重積分即可。

