大学高数下册试题及答案 第9章.doc
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1、院 系 班级 姓 名 作业编号 1 第九章 曲线积分与曲面积分 作业作业 13 对弧长的曲线积分对弧长的曲线积分 1计算,其中为直线及抛物线所围成的区域的整个边界d L xs Lyx 2 yx 解:可以分解为及L 1: ,1,0,1Lyx yx 2 2: ,2 ,0,1Lyxyx x 12 11 2 2 00 ddd1 1 d12d L LL xsxsxsxxxxx 1 1 113 2 222 2 00 0 0 121 225 51 2d14d 1414 828 321212 x xxxxx 2,其中为星形线在第一象限内的弧 44 33 d L xys L 33 cos,sinxat yat
2、0 2 t 解:为L 33 cos,sin,0, 2 xat yat t 22 3 cossin ,3 sincos ,3 sin cos dxdy attatt dsattdt dtdt 原式 47 22 4422 33 00 31 cossin3 sin cos1sin 2sin2 22 attattdtattdt 7772 2 23 333 0 0 331 1 cos 2cos2cos2cos 2 883 at dtatta 3计算,其中折线 ABC,这里 A,B,C 依次为点dxyz s )3 , 4 , 1 (),3 , 2 , 1 (),0 , 0 , 0( 解::,2 ,3 ,0
3、,1 ,14 123 xyz ABxt yt zt tdsdt :1,3,2,4 ,BC xzyt tdsdt :,4 ,3 ,0,1 ,26 143 xyz CAxt yt zt tdsdt 14 02 3 ddd2 314131418 2 ABBC xyz sxyz sxyz stttdttdt 高等数学同步作业册 2 院 系 班级 姓 名 作业编号 3 4,其中为螺线上相应于 从变到 22 dxyz s cos ,sin ,xtt ytt zt t0 的一段弧1 解:为 2 cos ,sin ,0,1 ,2xtt ytt zt tdst dt 11 2222222 00 1 d2(22)
4、 22 2 xyz sttt dttt d t 1 53 22 22 0 1 229 34 26 34 28 23 222 2 5353155 tt 5计算,其中 L: 22d L xys A 0, 22 aaxyx 解:将 L 参数化, 22 cos ,sincos ,cos ,cos,xrt yrtrart rat xat cos sin ,sin2,cos2, 2 2 yatt tdxatdt dyatdt dsadt 22 22222222 0 0 2 dcos2cos2sin2 L xysatadtatdtata A 6计算,其中 L 为圆周,直线及轴在第一象限 22 ed xy L
5、 s A 222 ayxxy x 内所围成的扇形的整个边界 解:边界曲线需要分段表达,从而需要分段积分 12 :0,0,;:sin ,cos ,0,; 4 Lyxadsdx Lxat yat tdsadt 2123 2 :,0,2; 2 a Lyx xdsdt LLLL 从而 22 2 422 2 22 0 0 000 ed2 4 a a a a xyxaxxax L a se dxeadtedxeee A 1122 44 aaaaa aa eeeee 高等数学同步作业册 4 作业作业 14 对坐标的曲线积分对坐标的曲线积分 1计算下列第二型曲线积分: (1),其中为按逆时针方向绕椭圆一周;d
6、d L xyxxyy A L 22 22 1 xy ab 解:为Lcos ,sin , :02xat ybt t 原式 2 0 sincossincoscossinat atbtbt atbtdt 2 2 2222 0 0 sin2 cos2sin2cos20 224 ababtab abtt dtt (2) ,其中是从点到点的一段直线;dd1 dx xy yxyz 1,1,12,3,4 解:是 111, 1,12 ,1 3 , :01 2 13 14 1 xyz xt yt zt t 原式 1 0 12 123 1121ttttdt 1 1 2 0 0 6 146713t dttt (3),
7、其中是圆柱螺线从到 dddy xx yz 2cos ,2sin ,3 xt yt zt0t 的一段弧;2t 解:是2cos ,2sin ,3 , :02xt yt zt t 原式 2 0 2sin2sin2cos2cos3ttttdt 2 2 0 0 432dtt (4) 计算曲线积分,其中为由点 A (-1, 1)沿抛物线(12e )d(cose )d yy L xyxyxy L 到点 O (0, 0), 再沿 x 轴到点 B (2, 0)的弧段 2 yx 解:由于积分曲线是分段表达的,需要分段积分 ; 2 :, : 10AO yxx :0, :02OB yx 院 系 班级 姓 名 作业编号
8、 5 原式 22 02 220 10 (12e )d(cose )2 dx(e )d xx xxxxxxx 22 02 322 10 (12e2 cos2e )dd xx xxxxxx 222 00 00 42 11 11 3sine dde21 sin1sin11 xxx xxxxxee 2 设力的大小等于作用点的横坐标的平方,而方向依轴的负方向,求质量为Fy 的质点沿抛物线从点移动到点时,力所作的功m 2 1xy1,00,1F 解: 222 0, 10,:1,:01Fxxdsdx dyL xyy 1 1 35 224 0 0 28 1 2 3515 LL yy WFdsxdyyydyy 3
9、把对坐标的曲线积分化成对弧长的曲线积分,其中 ,d,d L P x yxQ x yy L 为: (1) 在平面内沿直线从点到点;xOy0,0 1,1 (2) 沿抛物线从点到点 2 yx0,0 1,1 解:(1) 2 :, :01,0;1 12L yx xdxdsdxdx , ,d,d,dds 2 LLL P x xQ x x P x yxQ x yyP x xQ x xx (2) 22 :, :01,0;14L yxxdxdsx dx 22 2 ,2, ,d,d,2,dds 14 LLL P x xxQ x x P x yxQ x yyP x xxQ x xx x 高等数学同步作业册 6 作业
10、作业 15 格林公式及其应用格林公式及其应用 1填空题 (1) 设是三顶点(0, 0), (3, 0), (3, 2)的三角形正向边界, L 12 (24)d(536)d L xyxyxy A (2) 设曲线是以为顶点的正方形边界,L) 1, 0(),0 , 1(),1 , 0(),0 , 1 (DCBA 不能直接用格林公式的理由是_所围区域内部有不可道的点_ dd L xy xy A (3)相应于曲线积分的第一型的曲线( , , )d( , , )d( , , )d L P x y zxQ x y zyR x y zz 积分是 其中为从点(1, 1 ,1)到点(1, 2, 3)的直线 ( ,
11、 , )3 ( , , ) ds 5 L P x y zR x y z L 段 2计算,其中 L 是沿半圆周 33 (e sin)d(e cos)d xx L Iyyxyxy 从点到点的弧 22 xay ), 0(aA), 0(aB 解:L 加上构成区域边界的负向:0, :BA xx aa 3322 (e sin)d(e cos)d3cos a xx L Da Iyyxyxyxydydy 3 42 3 0 2 3 3cos2sin 4 aa a a dr drydya 3计算,其中为椭圆e31 de33 d xyxy L yxyxxxyy A L 正向一周 22 22 1 xy ab 解:原式
12、e33e31 xyxy D xxyyxydxdy xy 44 D dxdyab 院 系 班级 姓 名 作业编号 7 4计算曲线积分 其中为连续( )sind( )cosd , L Ifxy xf xyxy )(x f 函数,是沿圆周按逆时针方向由点到点L 222 (1)()1xy (2,2)A 的一段弧)0 , 0(O 解:令 1: , :02Lyx x 则,原式 111 ( )sind( )cosd L LLL D Idxdyfxy xf xyxy 2 22 0 1( )sin( )cosd 2 fxxf xxxx 2 224 2222 0 3 1( )sin12 22222 x f xx
13、5计算,其中为 22 dd L x yy x xy A L (1)圆周(按反时针方向) ; 22 111xy 解:,而且原点不在 2222 222222 2222 2xxyxxyxy xxyyxy xyxy 该圆域内部,从而由格林公式,原式0 (2)闭曲线(按反时针方向) 1xy 解:,但所围区域内 2222 222222 2222 2xxyxxyxy xxyyxy xyxy 部的原点且仅有该点不满足格林公式条件,从而可作一很小的圆周 (也按反时针方向) ,在圆环域上用格林公式得, 22 0.01xy 1 L 原式 11 22 dddd 1001 12 0.01 LL D x yy xx yy
14、 x dxdy xy AA 6证明下列曲线积分在平面内与路径无关,并计算积分值:xOy (1); , 0,0 ecos dsin d a b x y xy y 解:由于在全平面连续,从而该曲线积e sine sine cos xxx yyy xy 分在平面内与路径无关,沿折线积分即可,xOy0,00,ba b 高等数学同步作业册 8 原式 00 sine cos dcos11 coscos1 ba xaa y dyb xbebeb (2); 2,1 423 1,0 23 d4dxyyxxxyy 解:由于在全平面连续,从而该曲 2334 42423xxyxyxyy xy 线积分在平面内与路径无关
15、,沿直线积分也xOy 10 ,1, :12 2 11 0 xy yxx 可, 原式 2 43 2 1 211341dx xxxx xx 2 43 2 1 3235141dxxxxx 2 54 32 1 3115xxxxx (3) ,2 0,0 e cosde sind yy xmxxmyy 解:由于在全平面连续,从而该e sine cose cos yyy xmyxxm xy 曲线积分在平面内与路径无关,沿折线积分即可,xOy0,0,0,2 原式 2 0 00 cose sind y exm dxmyy 2 2 0 0 sin 2 my xmx 2mm 7设在上具有连续导数,计算 f x, ,
16、 2 2 2 1 d1 d L y f xyx xy f xyy yy 其中 L 为从点到点的直线段 2 3, 3 1,2 解:由于在 2 2 22 11 1 y f xyx y f xyf xyxyfxy xyyyy 右半平面连续,从而该曲线积分右半平面内与路径无关,沿曲线 院 系 班级 姓 名 作业编号 9 积分即可, 1 2 :2, :31Lxyyx x 原式 2 1 2 22 3 2 421 12 2d d 2 2 xf f x x x x x x x 1 3 xdx 1 2 3 2 x 1 9 4 2 8验证下列在整个平面内是某一函数的全微分,并求,d,dP x yxQ x yyxO
17、y 出它的一个原函数: (1);eede1 ed xyxy xyxxy 解:由于在全平面连续,从而e1 eee xyxyxy xeexy xy 该曲线积分在平面内是某一函数的全微分,设这个函数为,xOy,u x y 则,e1 e ,ee xyxy uuuu dudxdyxxy xyyx 从而 e1 ee1 e xyxy uxdyyxg x eeee= e xyxyx u xyygxgxx x , =ex xxxx g xxdxee dxxeec 1 e1 e xy uxyxc (2); 2232 38d812 ed y x yxyxxx yyy 解:由于在全平面连续, 32222 812 e3
18、1638 y xx yyxxyx yxy xy 从而该曲线积分在平面内是某一函数的全微分,设这个函数为,xOy,u x y 则原式 322322 4d412 e d y ydxyxx dyx dyyy 332222 4d412 deyydxx dyyxx dydy 322 41212e d yy d yxdx ydyey 322 41212e yy d yxx yye 可取 322 41212e yy uyxx yye (3) 22 2 coscosd2 sinsindxyyxxyxxyy 解:可取折线作曲线积分0,0,0,xx y 高等数学同步作业册 10 222 00 2d2 sinsin
19、dsincos yx uxxyxxyyyxxy 9设有一变力在坐标轴上的投影为,这变力确定了一个力 2, 28Xxy Yxy 场,证明质点在此场内移动时,场力所作的功与路径无关 证:, 2,2 8Fxyxy 质点在此场内任意曲线移动时,场力所作的功为L 2 28 L wxydxxydy 由于在全平面连续,从而质点在此场内移动时, 2 282xyyxy xy 场力所作的功与路径无关 院 系 班级 姓 名 作业编号 11 作业作业 16 对面积的曲面积分对面积的曲面积分 1计算下列对面积的曲面积分: (1) ,其中为锥面被柱面所截得()dxyyzzxS 22 zxy 22 2xyax 的有限部分;
20、 解:为 22 2222 , xy xy zxyzz xyxy , 22 12 xy dSzz dxdydxdy:02 cos , 22 Dra 原式 2 cos 2 223 0 2 d2d d = 2cos a D zx Sx xyx ydrdr 4 422 424 0 2 2 cos64 2 = 2cos=8 21 2sinsinsin 415 aa dad (2),其中为球面 222 dxyzS 222 2xyzax 解:为两块 222 222222 , yy yz xaayzxx ayzayz , 22 222 1 xy a dSzz dxdydxdy ayz :0,02Dra 原式
21、12 2222 222 2 2d2d D aaayz ax Sax Sdxdy ayz 2222 222 2 D aaayz dxdy ayz 2 33 22222 00 2 4=4 2 a D dxdyrdr aad ayzar 22 33224 22 0 0 =888 2 a ad ar aaara ar 2计算,是平面被圆柱面截出的有限部分dy S 4zyx1 22 yx 解:为两块,4,1,1 xy zxy zz 1 1 13dSdxdydxdy :01,02Dr 高等数学同步作业册 12 原式3 D ydxdy 1 2 3 2 2 0 00 0 3sin3cos0 3 a r dr
22、dr (或由,而积分微元反号推出), ,x y zxy z 3求球面含在圆柱面内部的那部分面积 2222 azyxaxyx 22 解:为两块 222 222222 , xy xy zaxyzz axyaxy , 22 222 1 xy a dSzz dxdydxdy ayz :0,02Dra 原式 12 222 d2 D adxdy SdS axy cos 2 22 0 2 2 =2 2 a rdr ad ar cos 22 22 22 00 2 2 =2=4sin4124 2 2 a rdr adaaadaa ar 4设圆锥面 ,其质量均匀分布, 22 h zxy a ah为圆锥面的底面半径
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