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2023年考研数学(二)考试试题 - 第12题回答
高等数学2
发布于2025年12月22日 23:43
阅读数 13

1


评分及理由

(1)得分及理由(满分5分)

学生给出的答案是“1”。

根据题目,曲线弧长的计算公式为 \( L = \int_{a}^{b} \sqrt{1 + [y'(x)]^2} \, dx \)。首先需要求出被积函数。已知 \( y(x) = \int_{-\sqrt{3}}^{x} \sqrt{3 - t^2} \, dt \),由微积分基本定理,有 \( y'(x) = \sqrt{3 - x^2} \)。

因此,弧长被积表达式为 \( \sqrt{1 + (\sqrt{3 - x^2})^2} = \sqrt{1 + 3 - x^2} = \sqrt{4 - x^2} \)。

接下来需要确定积分区间。曲线由积分上限函数定义,其自变量 \( x \) 的取值范围由被积函数 \( \sqrt{3 - t^2} \) 的积分域决定。被积函数要求 \( 3 - t^2 \ge 0 \),即 \( t \in [-\sqrt{3}, \sqrt{3}] \)。由于积分上限是 \( x \),且积分下限是 \( -\sqrt{3} \),所以 \( x \) 的取值范围也是 \( [-\sqrt{3}, \sqrt{3}] \)。因此,弧长 \( L = \int_{-\sqrt{3}}^{\sqrt{3}} \sqrt{4 - x^2} \, dx \)。

计算该积分:\( \int \sqrt{4 - x^2} \, dx \) 可利用几何意义或三角代换。令 \( x = 2\sin\theta \),则 \( dx = 2\cos\theta \, d\theta \),积分限变为:当 \( x = -\sqrt{3} \) 时,\( \sin\theta = -\sqrt{3}/2 \),即 \( \theta = -\pi/3 \);当 \( x = \sqrt{3} \) 时,\( \sin\theta = \sqrt{3}/2 \),即 \( \theta = \pi/3 \)。被积函数化为 \( \sqrt{4 - 4\sin^2\theta} \cdot 2\cos\theta = 2\cos\theta \cdot 2\cos\theta = 4\cos^2\theta \)。

于是 \( L = \int_{-\pi/3}^{\pi...

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