먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.
CLP-4 · 1.6절 · 8번대학 수준우리말 번역
선적분 ∫CF⋅n^ds 의 값을 구하세요. 여기서
F(x,y)=xy2^+yex^ 이고, C 는 직사각형 R: 0≤x≤3, −1≤y≤1 의 경계이며, n^ 은 C 에 수직이고 직사각형의 바깥쪽을 향하는 단위벡터입니다.
영어 원문 보기
Evaluate the line integral ∫CF⋅n^ds where
F(x,y)=xy2^+yex^ , C is the boundary of the
rectangle R: 0≤x≤3, −1≤y≤1, and n^ is the unit vector, normal to C, pointing to the outside of the rectangle.
답 쓰고 채점
정답·풀이 보기
문제에서 곡선 C 의 방향(즉, 곡선을 따라 움직이는 방향)이 정해져 있지 않음을 눈치챘을 것이다. 적분값은 C 의 방향과 관계없기 때문이다.
C 위의 각 점에서 F(x,y)=xy2^+yex^ 이며, 이는 방향과 관계없다.
C 위의 각 점에서 n^ 은 바깥쪽을 향하는 법선벡터이며, 이는 방향과 관계없다.
ds>0 이며, 이는 방향과 관계없다.
직사각형 R 의 그림은 다음과 같다.
\
C 를 반시계 방향으로 따라가기로 임의로 정했다.
R 의 경계는 네 개의 선분으로 이루어져 있다.
이 계산에서 가장 까다로운 부분은 L3 과 L4 에서 ds 를 바르게 잡는 것이다(ds 는 이동한 곡선의 길이이므로 양수이지만, L3 에서는 dx<0 이고 L4 에서는 dy<0 임을 기억해야 한다).
∫L3F⋅(^)ds 를 더 자세히 계산하기 위해, L3 을 다음과 같이 매개변수로 나타내자.
r(t)=(3,1)+t{(0,1)−(3,1)}=(3−3t,1)0≤t≤1
그러면 r(0)=(3,1) 은 L3 의 시작점이고
r(1)=(0,1) 은 L3 의 끝점이다. 이때
You may have noticed that the orientation of (i.e. the direction of motion along) the curve C was not specified in the question. That's because the value of the integral is independent of the orientation of C:
At each point of C, F(x,y)=xy2^+yex^, independent of the orientation.
At each point of C, n^ is the outward pointing normal, independent of the orientation.
ds>0, independent of the orientation.
Here is a sketch of the rectangle R.
\
We have arbitrarily chosen to traverse C in the counterclockwise direction.
The boundary of R boundary consists of four line segments.
The trickiest part of this computation is getting ds correct on
L3 and L4 (remembering that ds is the arc length traveled
and so is positive, while dx<0 on L3 and dy<0 on L4).
To make a more detailed computation of ∫L3F⋅(^)ds,
parametrize L3 by
r(t)=(3,1)+t{(0,1)−(3,1)}=(3−3t,1)0≤t≤1
so that r(0)=(3,1) is the initial point of L3 and
r(1)=(0,1) is the final point of L3. Then