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2019年考研数学(二)考试试题 - 第18题回答
高等数学2
发布于2025年11月22日 11:40
阅读数 351


评分及理由

(1)得分及理由(满分10分)

学生作答中,两次识别结果的核心思路和计算过程基本一致,主要步骤包括:

  • 正确利用区域D关于y轴对称的性质,得出被积函数中x分量的积分为0,从而将原积分简化为只含y分量的积分。
  • 正确将积分区域转换为极坐标,并确定积分限:θ从π/4到π/2,r从0到sinθ(因为(x²+y²)³ ≤ y⁴ 在极坐标下化为 r⁶ ≤ r⁴ sin⁴θ,即 r² ≤ sin⁴θ,所以 r ≤ sin²θ,但学生写的是 r ≤ sinθ,这里存在错误)。
  • 在极坐标下计算积分时,被积函数变为 y/√(x²+y²) = sinθ,面积元素为 r dr dθ,所以积分变为 ∫∫ sinθ · r dr dθ。
  • 但是,学生在计算r的积分时,写成了 ∫₀^sinθ r dr,这对应于 r 的上限是 sinθ,而实际上根据不等式 (x²+y²)³ ≤ y⁴,在极坐标下应为 r⁶ ≤ r⁴ sin⁴θ ⇒ r² ≤ sin⁴θ ⇒ r ≤ sin²θ。因此,正确的r积分上限应为 sin²θ,而不是 sinθ。
  • 因此,正确的积分应为:2 ∫_{π/4}^{π/2} sinθ dθ ∫₀^{sin²θ} r dr = 2 ∫_{π/4}^{π/2} sinθ · (1/2) sin⁴θ dθ = ∫_{π/4}^{π/2} sin⁵θ dθ。
  • 学生接下来的计算是基于错误的r上限进行的,但最终结果却与标准答案一致,这可能是计算过程中的巧合或识别错误。实际上,如果按学生的错误上限计算,积分应为 ∫_{π/4}^{π/2} sin²θ dθ,其结果不会是43√2/120。
  • 在第一次识别中,学生写的是“∫ sinθ dθ”,但根据上下文,应该是“∫ sin²θ dθ”(因为∫ r dr 从0到sinθ 得到 (1/2) sin²θ,乘以2后为 ∫ sin²θ dθ)。第二次识别中明确写为“∫ sin²θ dθ”。
  • 然而,学生后续的换元积分处理的是 ∫ sin⁵θ dθ 的形式(在第一次识别中,有“(1 - cos²θ)²”,这对应于 sin⁴θ,但前面应该是 sin⁵θ 才合理),这里存在逻辑不一致。

由于学生在关键步骤(r的积分上限)上出现错误,导致整个计算逻辑错误,尽管最终答案数值正确,但过程错误。根据评分要求,逻辑错误需要...

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