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-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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