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94 台灣大學微積分(B) 第 9 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

94學年度 · 94台大微積分B · 第 9 題

題目

9. 求線積分

∮Γ(sin⁡x+y2) dx+(x+1+ey) dy,\oint_\Gamma (\sin x+y^2)\,dx+\left(x+\sqrt{1+e^y}\right)\,dy,

其中 Γ\Gamma 為由 y=0y=0、x=1x=1、y=x2y=x^2 所組成的逆時針方向之封閉路徑。

解答

解法一

思路

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  • 路徑是逆時針簡單閉曲線,可用格林定理將線積分改為二重積分。
  • 區域以 0≤x≤10\le x\le1、0≤y≤x20\le y\le x^2 表示。

答題過程

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寫 P=sin⁡x+y2P=\sin x+y^2、Q=x+1+eyQ=x+\sqrt{1+e^y}。兩者在區域附近有連續偏導數,由格林定理,

∮ΓP dx+Q dy=∬D(1−2y) dA.\oint_\Gamma P\,\mathrm{d}x+Q\,\mathrm{d}y =\iint_D(1-2y)\,\mathrm{d}A.

其中 0≤x≤10\le x\le1、0≤y≤x20\le y\le x^2,所以

∫01∫0x2(1−2y) dy dx= ∫01(x2−x4) dx=215.\begin{align*} \int_0^1\int_0^{x^2}(1-2y)\,\mathrm{d}y\,\mathrm{d}x =&\,\int_0^1\bigl(x^2-x^4\bigr)\,\mathrm{d}x =\boxed{\frac2{15}}. \end{align*}