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2025年李林冲刺预测6套卷(二) - 第13题回答
高等数学
发布于2025年10月28日 16:27
阅读数 117

-2Π/3


评分及理由

(1)得分及理由(满分5分)

学生给出的答案是-2π/3。我们需要验证这个答案是否正确。

曲线L是球面x²+y²+z²=1与平面x+y+z=0的交线,这是一个空间圆。积分表达式为∮L(xy-2yz+3xz)ds。

由于曲线L关于变量具有轮换对称性(球心在原点,平面法向量为(1,1,1)),我们可以利用对称性简化计算:

在曲线L上,由于对称性,有∮xyds = ∮yzds = ∮xzds,且∮x²ds = ∮y²ds = ∮z²ds。

原积分可写为:∮(xy-2yz+3xz)ds = ∮xyds - 2∮yzds + 3∮xzds

由对称性,∮xyds = ∮yzds = ∮xzds,所以原积分 = (1-2+3)∮xyds = 2∮xyds

现在需要计算∮xyds。利用对称性和约束条件:

在曲线L上,有x+y+z=0,所以z=-x-y,代入球面方程得:

x²+y²+(x+y)²=1 ⇒ 2x²+2y²+2xy=1 ⇒ x²+y²+xy=1/2

又因为∮(x²+y²+z²)ds = ∮1ds = 曲线长度

由于对称性,∮x²ds = ∮y²ds = ∮z²ds,所以3∮x²ds = ∮1ds ⇒ ∮x²ds = (1/3)∮1ds

同时,∮(x²+y²+xy)ds = ∮(1/2)ds = (1/2)∮1ds

即∮x²ds+∮y²ds+∮xyds = (1/2)∮1ds

代入∮x²ds = ∮y²ds = (1/3)∮1ds,得:

(1/3)∮1ds+(1/3)∮1ds+∮xyds = (1/2)∮1ds

⇒ (2/3)∮1ds+∮xyds = (1/2)∮1ds

⇒ ∮xyds = (1/2-2/3)∮1ds = (-1/6)∮1ds

曲线L的半径:球半径R=1,球心到平面距离d=|0+0+0|/√3=0,所以圆半径r=√(R²-d²)=1

曲线长度∮1ds = 2πr = 2π

所以∮xyds = (-1/6)×2π = -π/3

原积分 = 2∮xyds = 2×(-π/3) = -2π/3

因此,学生答案-2π/3是正确的。

得分:5分

题目总分:5分

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