计算 (int )_(c)^2dz .其中C为从原点到点 1+2i 的直线段.

题目解答
答案
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解析
本题主要考察复数积分的计算,关键是利用参数方程将复积分转化为实积分进行求解。
步骤1:确定积分路径的参数方程
积分路径 $C$ 是从原点 $(0,0)$ 到点 $1+2i$ 的直线段。对于直线段,可设参数方程为:
$z(t) = t + 2ti \quad (t \in [0,1])$
其中,$x(t)=t$(实部),$y(t)=2t$(虚部),$dz = z'(t)dt = (1 + 2i)dt$。
步骤2:将被积函数 $z^2$ 用参数表示
计算 $z(t)^2$:
$z(t)^2 = (t + 2ti)^2 = t^2 + 4t^2i^2 + 4t^2i = t^2 - 4t^2 + 4t^2i = -3t^2 + 4t^2i$
步骤3:转化为实积分并计算
复积分 $\int_C z^2 dz$ 转化为实积分:
$\int_C z^2 dz = \int_0^1 z(t)^2 \cdot z'(t)dt$
代入 $z(t)^2 = -3t^2 + 4t^2i$ 和 $z'(t)=1+2i$:
$z(t)^2 \cdot z'(t) = (-3t^2 + 4t^2i)(1 + 2i)$
展开乘积:
$= -3t^2(1) -3t^2(2i) + 4t^2i(1) + 4t^2i(2i)$
$= -3t^2 -6t^2i +4t^2i +8t^2i^2$
$= -3t^2 -2t^2i -8t^2 \quad (\text{因 } i^2=-1)$
$= -11t^2 -2t^2i$
步骤4:分离实部和虚部积分
$\int_0^1 (-11t^2 -2t^2i)dt = -11\int_0^1 t^2dt -2i\int_0^1 t^2dt$
计算积分:
$\int_0^1 t^2dt = \left[\frac{1}{3}t^3\right]_0^1 = \frac{1}{3}$
代入得:
$-11 \cdot \frac{1}{3} -2i \cdot \frac{1}{3} = -\frac{11}{3} - \frac{2}{3}i$