评分及理由
(1)得分及理由(满分10分)
本题满分为10分。学生作答的整体思路正确:采用极坐标变换,利用对称性简化积分,并最终计算定积分。然而,在关键步骤中存在两处逻辑错误,导致最终答案错误。
- 区域边界的确定错误:题目给出的区域条件为 \((x^{2}+y^{2})^{3} \le y^{4}\),在极坐标下应为 \(r^6 \le r^4 \sin^4 \theta\),即 \(r^2 \le \sin^4 \theta\) 或 \(r \le \sin^2 \theta\) (因为 \(r \ge 0\))。学生作答中,第一次识别结果写为 \(r \le \sin^{2}\theta\),这是正确的。但第二次识别结果及后续计算中,多处将积分上限误写为 \(\sin 2\theta\),这是一个严重的逻辑错误,改变了积分区域,导致后续计算全部错误。
- 对称性应用与表达式混淆:第一次识别结果中,在应用对称性后,出现了表达式 \(\iint_{D}\frac{x^{4}}{\sqrt{x^{2}+y^{2}}}d\sigma = 0\),这显然是识别错误或笔误(应为 \(\iint_{D}\frac{x}{\sqrt{x^{2}+y^{2}}}d\sigma = 0\))。虽然根据上下文可判断其本意是利用被积函数中关于 \(x\) 的奇偶性,但随后的计算中,将原积分拆分为 \(\overline{y^{1}}\) 的计算过程,其被积函数和积分限的书写存在不一致和混乱。
- 计算过程与最终结果:尽管计算过程(从 \(\int \frac{1}{2}\sin^5\theta d\theta\) 开始)在方法上是正确的,但由于基于错误的积分上限 \(\sin 2\theta\) (或中间步骤的不一致),最终得到了错误的结果 \(-\frac{43}{60}\sqrt{2}\),而标准答案为 \(\frac{43 \sqrt{2}}{120}\)。两者数值上相差一个负号,且绝对值差一倍(\(43/60 = 86/120\)),这直接源于区域边界错误导致的积分限和积分表达式错误。
鉴于解题主体框架(极坐标、对称性)正确,但核心步骤(区域转换)出现重大错误,并导致最终答案错误,应扣除较多分数。给予该答案 4分。
题目总分:4分
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