题目
oint_(Gamma) zydx + 2xzdy + x^2dz 其中Gamma为有向闭折线ABCA,这里A、B、C依次为点(1, 0, 0),(0, 1, 0)和(0, 0, 2)。 A. -(1)/(3)B. -(2)/(3)C. -1D. -(4)/(3)
$\oint_{\Gamma} zydx + 2xzdy + x^2dz$
其中$\Gamma$为有向闭折线$ABCA$,这里$A$、$B$、$C$依次为点$(1, 0, 0)$,$(0, 1, 0)$和$(0, 0, 2)$。
- A. $-\frac{1}{3}$
- B. $-\frac{2}{3}$
- C. $-1$
- D. $-\frac{4}{3}$
题目解答
答案
将闭曲线 $\Gamma$ 分为三段:$AB$、$BC$、$CA$。
- **段 $AB$:** $(1-t, t, 0)$,$0 \le t \le 1$,积分值为 $0$。
- **段 $BC$:** $(0, 1-t, 2t)$,$0 \le t \le 1$,积分值为 $0$。
- **段 $CA$:** $(t, 0, 2-2t)$,$0 \le t \le 1$,积分值为 $-\frac{2}{3}$。
总积分值为 $0 + 0 - \frac{2}{3} = -\frac{2}{3}$。
或使用斯托克斯公式,计算向量场 $\mathbf{F} = (zy, 2xz, x^2)$ 的旋度与平面 $ABC$ 的曲面积分,结果仍为 $-\frac{2}{3}$。
**答案:** $\boxed{B}$。
解析
步骤 1:参数化曲线段
将闭曲线 $\Gamma$ 分为三段:$AB$、$BC$、$CA$。
- **段 $AB$:** $(1-t, t, 0)$,$0 \le t \le 1$,积分值为 $0$。
- **段 $BC$:** $(0, 1-t, 2t)$,$0 \le t \le 1$,积分值为 $0$。
- **段 $CA$:** $(t, 0, 2-2t)$,$0 \le t \le 1$,积分值为 $-\frac{2}{3}$。
步骤 2:计算每段曲线的积分
- **段 $AB$:**
曲线参数化为 $(x(t), y(t), z(t)) = (1-t, t, 0)$,$0 \le t \le 1$。
代入积分表达式,得 $z(t)y(t)dx + 2x(t)z(t)dy + x(t)^2dz = 0$,因为 $z(t) = 0$。
所以,积分值为 $0$。
- **段 $BC$:**
曲线参数化为 $(x(t), y(t), z(t)) = (0, 1-t, 2t)$,$0 \le t \le 1$。
代入积分表达式,得 $z(t)y(t)dx + 2x(t)z(t)dy + x(t)^2dz = 0$,因为 $x(t) = 0$。
所以,积分值为 $0$。
- **段 $CA$:**
曲线参数化为 $(x(t), y(t), z(t)) = (t, 0, 2-2t)$,$0 \le t \le 1$。
代入积分表达式,得 $z(t)y(t)dx + 2x(t)z(t)dy + x(t)^2dz = 2x(t)z(t)dy + x(t)^2dz$。
代入参数化表达式,得 $2t(2-2t)(-dt) + t^2(-2dt) = -4t^2dt - 2t^2dt = -6t^2dt$。
积分值为 $\int_{0}^{1} -6t^2dt = -6\int_{0}^{1} t^2dt = -6\left[\frac{t^3}{3}\right]_{0}^{1} = -6\left(\frac{1}{3} - 0\right) = -2$。
所以,积分值为 $-\frac{2}{3}$。
步骤 3:计算总积分值
总积分值为 $0 + 0 - \frac{2}{3} = -\frac{2}{3}$。
或使用斯托克斯公式,计算向量场 $\mathbf{F} = (zy, 2xz, x^2)$ 的旋度与平面 $ABC$ 的曲面积分,结果仍为 $-\frac{2}{3}$。
将闭曲线 $\Gamma$ 分为三段:$AB$、$BC$、$CA$。
- **段 $AB$:** $(1-t, t, 0)$,$0 \le t \le 1$,积分值为 $0$。
- **段 $BC$:** $(0, 1-t, 2t)$,$0 \le t \le 1$,积分值为 $0$。
- **段 $CA$:** $(t, 0, 2-2t)$,$0 \le t \le 1$,积分值为 $-\frac{2}{3}$。
步骤 2:计算每段曲线的积分
- **段 $AB$:**
曲线参数化为 $(x(t), y(t), z(t)) = (1-t, t, 0)$,$0 \le t \le 1$。
代入积分表达式,得 $z(t)y(t)dx + 2x(t)z(t)dy + x(t)^2dz = 0$,因为 $z(t) = 0$。
所以,积分值为 $0$。
- **段 $BC$:**
曲线参数化为 $(x(t), y(t), z(t)) = (0, 1-t, 2t)$,$0 \le t \le 1$。
代入积分表达式,得 $z(t)y(t)dx + 2x(t)z(t)dy + x(t)^2dz = 0$,因为 $x(t) = 0$。
所以,积分值为 $0$。
- **段 $CA$:**
曲线参数化为 $(x(t), y(t), z(t)) = (t, 0, 2-2t)$,$0 \le t \le 1$。
代入积分表达式,得 $z(t)y(t)dx + 2x(t)z(t)dy + x(t)^2dz = 2x(t)z(t)dy + x(t)^2dz$。
代入参数化表达式,得 $2t(2-2t)(-dt) + t^2(-2dt) = -4t^2dt - 2t^2dt = -6t^2dt$。
积分值为 $\int_{0}^{1} -6t^2dt = -6\int_{0}^{1} t^2dt = -6\left[\frac{t^3}{3}\right]_{0}^{1} = -6\left(\frac{1}{3} - 0\right) = -2$。
所以,积分值为 $-\frac{2}{3}$。
步骤 3:计算总积分值
总积分值为 $0 + 0 - \frac{2}{3} = -\frac{2}{3}$。
或使用斯托克斯公式,计算向量场 $\mathbf{F} = (zy, 2xz, x^2)$ 的旋度与平面 $ABC$ 的曲面积分,结果仍为 $-\frac{2}{3}$。