먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.
CLP-4 · 2.4절 · 16번대학 수준우리말 번역
C 를 중심이 (1,0) 인 단위원의 위쪽 반원
(즉, 원에서 x축 위쪽에 놓인 부분)이라 하고,
시계 방향으로 향하게 하자. 선적분
∫Cxydy
의 값을 구하세요.
영어 원문 보기
Let C be the upper half of the unit circle centred on (1,0)
(i.e. that part of the circle which lies above the x-axis),
oriented clockwise. Compute the line integral
∫Cxydy.
답 쓰고 채점
정답·풀이 보기
풀이 1:
주어진 반원 C 와 F=xy^ 에 대하여 선적분
∫CF⋅dr 의 값을 구하는 문제이다. ∇×F=0 이므로 벡터장 F 는
보존적이지 않다. 따라서 직접 적분한다.
먼저 그림을 이용하여
We are being asked to evaluate the line integral
∫CF⋅dr with C being the specified semi-circle and
F=xy^. As ∇×F=0, the vector field F
is not conservative. So we'll evaluate the integral directly.
First, using the figure,
We can write x in terms of y over C in two pieces:
Let C1 be the quarter-circle x=1−1−y2 as y goes from 0 to 1, and
Let C2 be the quarter-circle x=1+1−y2 as y goes from 1 to 0.
Then:
∫CxydyUsing the substitution u=1−y2, du=−2ydy:=∫C1xydy+∫c2xydy=∫01(1−1−y2)ydy+∫10(1+1−y2)ydy=∫01ydy−∫01y1−y2dy+∫10ydy+∫10y1−y2dy=−2∫01y1−y2dy=∫10u1/2du=−32
한 번 더 — 비슷한 문제CLP-4 · 2.4절 · 17번우리말 번역
다음 선적분이 경로에 무관함을 보이고, 그 적분의 값을 구하세요.
∫C(yex+siny)dx+(ex+siny+xcosy)dy
여기서 C 는 (1,0) 에서 (0,π/2) 까지의 임의의 경로이다.
다 풀었으면 정답 확인
이 선적분은 ∫CF⋅dr 이고
F=(yex+siny)^+(ex+siny+xcosy)^ 이다.
이 적분이 경로에 무관함을 보여야 한다. 이는 F 가 보존장인 것과 필요충분조건이다. 그러므로 F 의 퍼텐셜 φ 를 찾아보자. 즉, 다음을 만족하는 함수 φ 를 찾아보자.
∂x∂φ(x,y)∂y∂φ(x,y)=yex+siny=ex+siny+xcosy
이 중 첫째 식을 적분하면 다음을 얻는다.
φ(x,y)=yex+xsiny+f(y)
이것을 둘째 식에 대입하면 다음을 얻는다.
ex+xcosy+f′(y)=ex+siny+xcosy또는f′(y)=siny
이를 적분하면 다음과 같다.
f(y)=−cosy+C
따라서 F 는 실제로 보존장이며, 퍼텐셜 중 하나는
φ(x,y)=yex+xsiny−cosy 이고 선적분은 다음과 같다.