题目
L是有界平面曲线,下面叙述正确的是()。A. 若 L 关于 x 轴对称,则积分 int_(L) xe^y , ds=0。B. 若 L 关于 y 轴对称,则积分 int_(L) ye^x , ds=0。C. 积分 int_(L) xds一定表示曲线 L的质量。D. 积分 int_(L) ds=L的弧长。
$L$是有界平面曲线,下面叙述正确的是()。
A. 若 $L$ 关于 $x$ 轴对称,则积分 $\int_{L} xe^y \, ds=0$。
B. 若 $L$ 关于 $y$ 轴对称,则积分 $\int_{L} ye^x \, ds=0$。
C. 积分 $\int_{L} xds$一定表示曲线 $L$的质量。
D. 积分 $\int_{L} ds=L$的弧长。
题目解答
答案
D. 积分 $\int_{L} ds=L$的弧长。
解析
本题主要考查对第一类曲线积分的性质、物理意义以及弧长计算公式的理解。下面我们对每个选项逐一进行分析:
- 选项A:
- 若曲线$L$关于$x$轴对称,设$L = L_1+L_2$,其中$L_1$是$L$在$x$轴上方的部分,$L_2$是$L$在$x$轴下方的部分,且$L_1$与$L_2$关于$x$轴对称。
- 对于$L_1$和$L_2$上的点$(x,y)$和$(x,-y)$,弧长元素$ds$是相同的。
- 计算$\int_{L} xe^y \, ds=\int_{L_1} xe^y \, ds+\int_{L_2} xe^y \, ds$,在$L_2$上,令$y=-t$,则$\int_{L_2} xe^y \, ds=\int_{L_1} xe^{-t} \, ds$。
- 所以$\int_{L} xe^y \, ds=\int_{L_1} xe^y \, ds+\int_{L_1} xe^{-y} \, ds=\int_{L_1} x(e^y + e^{-y}) \, ds$,因为$e^y + e^{-y}\gt0$,$x$在$L_1$上不一定恒为$0$,所以$\int_{L} xe^y \, ds$不一定为$0$,A选项错误。
- 选项B:
- 若曲线$L$关于$y$轴对称,设$L = L_1+L_2$,其中$L_1$是$L$在$y$轴右侧的部分,$L_2$是$L$在$y$轴左侧的部分,且$L_1$与$L_2$关于$y$轴对称。
- 对于$L_1$和$L_2$上的点$(x,y)$和$(-x,y)$,弧长元素$ds$是相同的。
- 计算$\int_{L} ye^x \, ds=\int_{L_1} ye^x \, ds+\int_{L_2} ye^x \, ds$,在$L_2$上,令$x=-t$,则$\int_{L_2} ye^x \, ds=\int_{L_1} ye^{-t} \, ds$。
- 所以$\int_{L} ye^x \, ds=\int_{L_1} ye^x \, ds+\int_{L_1} ye^{-x} \, ds=\int_{L_1} y(e^x + e^{-x}) \, ds$,因为$e^x + e^{-x}\gt0$,$y$在$L_1$上不一定恒为$0$,所以$\int_{L} ye^x \, ds$不一定为$0$,B选项错误。
- 选项C:
- 当曲线$L$的线密度$\rho(x,y)=1$时,积分$\int_{L} xds$表示曲线$L$关于$y$轴的静矩,而不是曲线$L$的质量,曲线$L$的质量$m = \int_{L} \rho(x,y)ds$,只有当$\rho(x,y)=1$时,$m=\int_{L} ds$,C选项错误。
- 选项D:
- 根据第一类曲线积分的几何意义,$\int_{L} ds$表示曲线$L$的弧长,这是由弧长的定义和第一类曲线积分的计算方法推导出来的。设曲线$L$的参数方程为$\begin{cases}x = x(t)\\y = y(t)\end{cases}$,$t\in[\alpha,\beta]$,则弧长$s=\int_{\alpha}^{\beta}\sqrt{(\frac{dx}{dt})^2+(\frac{dy}{dt})^2}dt=\int_{L} ds$,D选项正确。