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数学打卡!曲线积分与函数关联的解题流程

校苑数模
2025年04月25日 10:42

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题目:

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解析:

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 同学们,咱们来分析这道曲线积分与函数求解的题:

题目给出函数f(t)在t≠0时一阶连续可导,且f(1)=0,要求找到函数f(x2-y2),使得曲线积分∫L[y(2-f(x2-y2))]dx + xf(x2-y2)dy与路径无关,其中L是不与直线y = ± x相交的分段光滑闭曲线。这道题有以下几个关键思考角度:

一、利用曲线积分与路径无关的条件建立等式

step1:P(x,y)=y(2-f(x2-y2)),Q(x,y)=xf(x2-y2)。因为曲线积分与路径无关,根据曲线积分与路径无关的重要条件,就有image.png

step2:对P和Q分别求偏导数,然后代入等式image.png,经过计算化简,由此得到(x2-y2)f'(x2-y2) + f(x2-y2) = 1。

涉及概念:

曲线积分与路径无关的条件:若在某区域内P(x,y),(Q(x,y) 具有一阶连续偏导数,且image.png ,则曲线积分∫LPdx + Qdy在该区域内与路径无关。

二、通过换元法转化为微分方程并求解

step1: t=x2−y2,那么前面得到的等式就变成了微分方程tf′(t)+f(t)=1。观察这个方程,发现它可以变形为(tf(t))′=1。这是因为根据求导的乘法法则(uv)′=u′v+uv′,这里u=t,v=f(t),tf′(t)+f(t)恰好就是(tf(t))′。

step2: 对(tf(t))′=1两边积分,可得tf(t)=t+C

step3:已知f(1)=0,把t=1,f(1)=0代入tf(t)=t+C,就能求出C=−1。再把C的值代回tf(t)=t+C,解出f(t)=1−t1。

涉及公式:

求导的乘法法则(uv)′=u′v+uv′;积分基本公式,若F′(x)=f(x),则∫f(x)dx=F(x)+C(本题中对(tf(t))′=1积分,F(x)=tf(t),f(x)=1)。

三、得出所求函数表达式

step1:因为前面设了t=x2−y2,把t=x2−y2代入f(t)的表达式,就得到f(x2−y2)=1−(1/(x2−y2)),这就是题目所要求的函数。

在这类题目中,关键是要牢记曲线积分与路径无关的条件,通过求偏导数建立等式 。当得到关于函数的等式后,要能灵活运用换元法转化为熟悉的微分方程求解 。理解每一步的原理和目的,多做练习,再遇到类似题目就能顺利解答啦!

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报名时间

即日起至2025年5月17日

竞赛时间

2025年5月18日9:30至12:00

(具体以通知公告时间为准)

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赛题将于竞赛开始时在竞赛官方主页以及竞赛报名网站上同时公布,分为数学类、非数学A类、非数学B类三类组别,不邮寄书面题目。(组织单位可联系竞赛老师,组织学生进行线下考试)

数学类:考验参赛者数学分析以及部分高等代数相关知识及计算技巧(数学分析70% 高等代数(代数理论)30%)。

非数学A类:考验参赛者高等数学以及部分线性代数相关知识及计算技巧(高等数学70% 线性代数(代数理论)30%)。

非数学B类:微积分相关知识。

非数学类竞赛大纲查看:

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数学类竞赛大纲查看:

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本次竞赛分组别、分考场进行评奖,设立一、二、三等奖及优秀奖,获奖比例(根据实际参赛人数计算):

一等奖:5%

二等奖:15%

三等奖:30%

优秀奖:若干(完整参赛可获得优秀奖)

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优秀指导教师:

根据指导报名竞赛的学生人数和学生获奖人数进行综合评定,评定合格的高校老师,颁发优秀指导教师荣誉证书。

优秀组织单位:

根据单位报名竞赛的学生人数和学生获奖人数进行综合评定,评定合格的单位,颁发优秀组织单位荣誉证书。

各院校(系)、学校社团均可申请优秀组织单位。

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QQ:1451942322(陈老师)

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