문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 벡터 미적분

그린 정리

평면 폐곡선의 선적분을 둘러싼 영역의 이중적분으로 바꾼다

유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

4문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-4 · 4.3절 · 5번대학 수준우리말 번역

∫CF⋅dr\int_C\mathbf{F}\cdot d\mathbf{r} 의 값을 구하세요. 여기서 F=x2y2 ı^+2xy ȷ^\mathbf{F} = x^2y^2\,\hat{\boldsymbol{\imath}} + 2xy\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} 이고 CC 는 xyxy평면에서 한 꼭짓점이 원점에 있고 대각선 반대쪽 꼭짓점이 점 (3,3)(3, 3) 에 있는 정사각형의 경계이며, 방향은 반시계 방향입니다.

영어 원문 보기

Evaluate ∫CF⋅dr\int_C\mathbf{F}\cdot d\mathbf{r} where F=x2y2 ı^+2xy ȷ^\mathbf{F} = x^2y^2\,\hat{\boldsymbol{\imath}} + 2xy\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} and CC is the boundary of the square in the xyxy-plane having one vertex at the origin and diagonally opposite vertex at the point (3,3)(3, 3), oriented counterclockwise.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

풀이 1 (직접 계산): 다음은 CC 의 그림이다.

그림

정사각형은 네 개의 선분으로 이루어져 있다.

  • 아래쪽 선분은 r(x)=(x,0), 0≤x≤3\mathbf{r}(x)=(x,0),\ 0\le x\le 3 으로 매개화할 수 있다. 따라서 이 선분을 따라 한 선적분은

∫03F(r(x))⋅drdx dx=∫03(0,0)⋅(1,0) dx=0\int_0^3 \mathbf{F}(\mathbf{r}(x))\cdot\frac{\mathrm{d}\mathbf{r}}{\mathrm{d}x}\ \mathrm{d}x =\int_0^3 (0, 0)\cdot(1, 0)\ \mathrm{d}x =0

  • 두 번째 선분은 r(y)=(3,y), 0≤y≤3\mathbf{r}(y)=(3,y),\ 0\le y\le 3 으로 매개화할 수 있다. 따라서 이 선분을 따라 한 선적분은

∫03F(r(y))⋅drdy dy=∫03(9y2,6y)⋅(0,1) dy=∫036y dy=27\int_0^3 \mathbf{F}(\mathbf{r}(y))\cdot\frac{\mathrm{d}\mathbf{r}}{\mathrm{d}y}\ \mathrm{d}y =\int_0^3 (9y^2, 6y)\cdot(0, 1)\ \mathrm{d}y =\int_0^3 6y\ \mathrm{d}y =27

  • 세 번째 선분은 r(t)=(3−t,3), 0≤t≤3\mathbf{r}(t)=(3-t,3),\ 0\le t\le 3 으로 매개화할 수 있다. 따라서 이 선분을 따라 한 선적분은

∫03F(r(t))⋅drdt dt=∫03(9(3−t)2 , 6(3−t))⋅(−1 , 0) dt=−∫039(3−t)2 dt=−81\int_0^3 \mathbf{F}(\mathbf{r}(t))\cdot\frac{\mathrm{d}\mathbf{r}}{\mathrm{d}t}\ \mathrm{d}t =\int_0^3 \big(9(3-t)^2\,,\, 6(3-t)\big)\cdot(-1\,,\,0)\ \mathrm{d}t =-\int_0^3 9(3-t)^2\ \mathrm{d}t =-81

  • 마지막 선분은 r(t)=(0,3−t), 0≤t≤3\mathbf{r}(t)=(0,3-t),\ 0\le t\le 3 으로 매개화할 수 있다. 따라서 이 선분을 따라 한 선적분은

∫03F(r(t))⋅drdt dt=∫03(0,0)⋅(0,−1) dt=0\int_0^3 \mathbf{F}(\mathbf{r}(t))\cdot\frac{\mathrm{d}\mathbf{r}}{\mathrm{d}t}\ \mathrm{d}t =\int_0^3 (0, 0)\cdot(0, -1)\ \mathrm{d}t =0

전체 선적분은

∮CF⋅dr=0+27−81+0=−54\oint_C\mathbf{F}\cdot d\mathbf{r}=0+27-81+0=-54

이다.

풀이 2 (그린 정리): 그린 정리를 적용한다.

∮Cx2y2 dx+2xy dy=∫03dx∫03dy [∂∂x(2xy)−∂∂y(x2y2)]=∫03dx∫03dy [2y−2x2y]=∫03dx [9−9x2]=27−9333=−54\begin{aligned} \oint_C x^2y^2\,\mathrm{d}x+2xy\,\mathrm{d}y &=\int_0^3\mathrm{d}x\int_0^3 \mathrm{d}y\ \left[\frac{\partial }{\partial x}(2xy)-\frac{\partial }{\partial y}(x^2y^2)\right]\\ &=\int_0^3\mathrm{d}x\int_0^3 \mathrm{d}y\ \big[2y-2x^2y\big]\\ &=\int_0^3\mathrm{d}x\ \big[9-9x^2\big]\\ &=27-9\frac{3^3}{3}=-54 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Solution 1 (direct evaluation): Here is a sketch of CC.

figure

The square consists of four line segments.

  • The bottom line segment may be parametrized r(x)=(x,0), 0≤x≤3\mathbf{r}(x)=(x,0),\ 0\le x\le 3. So the line integral along this segment is

∫03F(r(x))⋅drdx dx=∫03(0,0)⋅(1,0) dx=0\int_0^3 \mathbf{F}(\mathbf{r}(x))\cdot\frac{\mathrm{d}\mathbf{r}}{\mathrm{d}x}\ \mathrm{d}x =\int_0^3 (0, 0)\cdot(1, 0)\ \mathrm{d}x =0

  • The second line segment may be parametrized r(y)=(3,y), 0≤y≤3\mathbf{r}(y)=(3,y),\ 0\le y\le 3. So the line integral along this segment is

∫03F(r(y))⋅drdy dy=∫03(9y2,6y)⋅(0,1) dy=∫036y dy=27\int_0^3 \mathbf{F}(\mathbf{r}(y))\cdot\frac{\mathrm{d}\mathbf{r}}{\mathrm{d}y}\ \mathrm{d}y =\int_0^3 (9y^2, 6y)\cdot(0, 1)\ \mathrm{d}y =\int_0^3 6y\ \mathrm{d}y =27

  • The third line segment may be parametrized r(t)=(3−t,3), 0≤t≤3\mathbf{r}(t)=(3-t,3),\ 0\le t\le 3. So the line integral along this segment is

∫03F(r(t))⋅drdt dt=∫03(9(3−t)2 , 6(3−t))⋅(−1 , 0) dt=−∫039(3−t)2 dt=−81\int_0^3 \mathbf{F}(\mathbf{r}(t))\cdot\frac{\mathrm{d}\mathbf{r}}{\mathrm{d}t}\ \mathrm{d}t =\int_0^3 \big(9(3-t)^2\,,\, 6(3-t)\big)\cdot(-1\,,\,0)\ \mathrm{d}t =-\int_0^3 9(3-t)^2\ \mathrm{d}t =-81

  • The final line segment may be parametrized r(t)=(0,3−t), 0≤t≤3\mathbf{r}(t)=(0,3-t),\ 0\le t\le 3. So the line integral along this segment is

∫03F(r(t))⋅drdt dt=∫03(0,0)⋅(0,−1) dt=0\int_0^3 \mathbf{F}(\mathbf{r}(t))\cdot\frac{\mathrm{d}\mathbf{r}}{\mathrm{d}t}\ \mathrm{d}t =\int_0^3 (0, 0)\cdot(0, -1)\ \mathrm{d}t =0

The full line integral is

∮CF⋅dr=0+27−81+0=−54\oint_C\mathbf{F}\cdot d\mathbf{r}=0+27-81+0=-54

Solution 2 (Green's theorem): We apply Green's Theorem.

∮Cx2y2 dx+2xy dy=∫03dx∫03dy [∂∂x(2xy)−∂∂y(x2y2)]=∫03dx∫03dy [2y−2x2y]=∫03dx [9−9x2]=27−9333=−54\begin{aligned} \oint_C x^2y^2\,\mathrm{d}x+2xy\,\mathrm{d}y &=\int_0^3\mathrm{d}x\int_0^3 \mathrm{d}y\ \left[\frac{\partial }{\partial x}(2xy)-\frac{\partial }{\partial y}(x^2y^2)\right]\\ &=\int_0^3\mathrm{d}x\int_0^3 \mathrm{d}y\ \big[2y-2x^2y\big]\\ &=\int_0^3\mathrm{d}x\ \big[9-9x^2\big]\\ &=27-9\frac{3^3}{3}=-54 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 6.4절 · 18번
# 그린 정리계산보통자동 분류
CLP-4 Vector Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
2.CLP-4 · 4.3절 · 6번대학 수준우리말 번역

다음 값을 구하세요. ∮C(xsin⁡y2−y2) dx+(x2ycos⁡y2+3x) dy\displaystyle \oint_C (x\sin y^2 -y^2)\,\mathrm{d}x+(x^2y\cos y^2+3x)\,\mathrm{d}y 여기서 CC는 꼭짓점이 (0,−2), (1,−1), (1,1)(0,-2),\ (1,-1),\ (1,1), (0,2)(0,2)인 사다리꼴의 반시계 방향 경계이다.

영어 원문 보기

Evaluate ∮C(xsin⁡y2−y2) dx+(x2ycos⁡y2+3x) dy\displaystyle \oint_C (x\sin y^2 -y^2)\,\mathrm{d}x+(x^2y\cos y^2+3x)\,\mathrm{d}y where CC is the counterclockwise boundary of the trapezoid with vertices (0,−2), (1,−1), (1,1)(0,-2),\ (1,-1),\ (1,1) and (0,2)(0,2).

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

사다리꼴을 TT라 하자.

그림

그린 정리에 의해,

∮C(xsin⁡y2−y2) dx+(x2ycos⁡y2+3x) dy=∬T{∂∂x(x2ycos⁡y2+3x)−∂∂y(xsin⁡y2−y2)} dx dy=∬T(2xycos⁡y2+3−2xycos⁡y2+2y) dx dy=∬T(3+2y) dx dy\begin{aligned} &\oint_C (x\sin y^2 -y^2)\,\mathrm{d}x+(x^2y\cos y^2+3x)\,\mathrm{d}y \\ &=\iint _T\left\{\frac{\partial }{\partial x}(x^2y\cos y^2+3x) -\frac{\partial }{\partial y} (x\sin y^2 -y^2)\right\}\,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y\\ &=\iint _T\big(2xy\cos y^2+3-2xy\cos y^2+2y\big)\,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y\\ &=\iint _T\big(3+2y\big)\,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y \end{aligned}

적분 ∬T(2y) dx dy\iint _T(2y)\,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y 는 y→−yy\rightarrow-y 일 때 2y2y 의 부호가 바뀌는 반면 적분의 정의역은 y→−yy\rightarrow -y 에서 변하지 않으므로 0이 된다. 적분 ∬T3 dx dy\iint _T 3\,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y 는 사다리꼴의 넓이의 33배이고, 사다리꼴의 넓이는 가로 길이(1)와 높이의 평균 (12[2+4])=3(\tfrac{1}{2}[2+4])=3 의 곱이다. 따라서

∮C(xsin⁡y2−y2) dx+(x2ycos⁡y2+3x) dy=3×1×3=9\oint_C (x\sin y^2 -y^2)\,\mathrm{d}x+(x^2y\cos y^2+3x)\,\mathrm{d}y =3\times 1\times 3 = 9

원본 교재 풀이(영어)

Call the trapezoid TT.

figure

By Green's theorem,

∮C(xsin⁡y2−y2) dx+(x2ycos⁡y2+3x) dy=∬T{∂∂x(x2ycos⁡y2+3x)−∂∂y(xsin⁡y2−y2)} dx dy=∬T(2xycos⁡y2+3−2xycos⁡y2+2y) dx dy=∬T(3+2y) dx dy\begin{aligned} &\oint_C (x\sin y^2 -y^2)\,\mathrm{d}x+(x^2y\cos y^2+3x)\,\mathrm{d}y \\ &=\iint _T\left\{\frac{\partial }{\partial x}(x^2y\cos y^2+3x) -\frac{\partial }{\partial y} (x\sin y^2 -y^2)\right\}\,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y\\ &=\iint _T\big(2xy\cos y^2+3-2xy\cos y^2+2y\big)\,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y\\ &=\iint _T\big(3+2y\big)\,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y \end{aligned}

The integral ∬T(2y) dx dy\iint _T(2y)\,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y vanishes because 2y2y changes sign under y→−yy\rightarrow-y while the domain of integration is invariant under y→−yy\rightarrow -y. The integral ∬T3 dx dy\iint _T 3\,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y is 33 times the area of the trapezoid, which is its width (1) times the average of its heights (12[2+4])=3(\tfrac{1}{2}[2+4])=3. So

∮C(xsin⁡y2−y2) dx+(x2ycos⁡y2+3x) dy=3×1×3=9\oint_C (x\sin y^2 -y^2)\,\mathrm{d}x+(x^2y\cos y^2+3x)\,\mathrm{d}y =3\times 1\times 3 = 9

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-4 · 4.3절 · 5번
# 그린 정리계산보통자동 분류
CLP-4 Vector Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
3.CLP-4 · 4.3절 · 10번대학 수준우리말 번역

다음과 같이 두자.

F(x,y)=(y2−e−y2+sin⁡x , 2xye−y2+x)\mathbf{F}(x, y) = \big(y^2 - e^{-y^2} + \sin x\,,\, 2xye^{-y^2} + x\big)

CC를 꼭짓점이 (0,0)(0, 0), (1,0)(1, 0), (1,2)(1, 2)인 삼각형의 경계라 하고, 방향은 반시계 방향이라 하자. 다음 값을 구하세요.

∫CF⋅dr\int_C \mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r}

영어 원문 보기

Let

F(x,y)=(y2−e−y2+sin⁡x , 2xye−y2+x)\mathbf{F}(x, y) = \big(y^2 - e^{-y^2} + \sin x\,,\, 2xye^{-y^2} + x\big)

Let CC be the boundary of the triangle with vertices (0,0)(0, 0), (1,0)(1, 0) and (1,2)(1, 2), oriented counter-clockwise. Compute

∫CF⋅dr\int_C \mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r}

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직접 계산에 쓰일 적분은 매우 복잡해 보인다. 그러므로 그린 정리를 써 보자. 곡선 CC는 다음 삼각형의 경계이다.

T={ (x,y) ∣ 0≤x≤1,0≤y≤2x }T = \big\{ \ (x,y)\ \big|\ 0\le x\le 1, 0\le y\le 2x\ \big\}

그림

따라서

∫CF⋅dr=∫C{(y2−e−y2+sin⁡x)dx+(2xye−y2+x)dy}=∬T{∂∂x(2xye−y2+x)−∂∂y(y2−e−y2+sin⁡x)}dxdy=∬T{(2ye−y2+1)−(2y+2ye−y2)}dxdy=∫01dx∫02xdy {1−2y}=∫01dx {2x−4x2}=1−43=−13\begin{aligned} \int_C \mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r} &= \int_C \big\{\big(y^2 - e^{-y^2} + \sin x\big)\mathrm{d}x +\big(2xye^{-y^2} + x\big)\mathrm{d}y\big\} \\ &= \iint _T \big\{ \tfrac{\partial}{\partial x}\big(2xye^{-y^2} + x\big) -\tfrac{\partial}{\partial y}\big(y^2 - e^{-y^2} + \sin x\big) \big\}\mathrm{d}x\mathrm{d}y \\ &= \iint _T \big\{ \big(2ye^{-y^2} + 1\big) - \big(2y +2y e^{-y^2} \big) \big\}\mathrm{d}x\mathrm{d}y \\ &= \int_0^1\mathrm{d}x\int_0^{2x}\mathrm{d}y\ \big\{1-2y\big\} \\ &= \int_0^1\mathrm{d}x\ \big\{2x-4x^2\big\} \\ &=1-\frac{4}{3} = -\frac{1}{3} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The integral that would be used for direct evaluation looks very complicated. So let's try Green's theorem. The curve CC is the boundary of the triangle

T={ (x,y) ∣ 0≤x≤1,0≤y≤2x }T = \big\{ \ (x,y)\ \big|\ 0\le x\le 1, 0\le y\le 2x\ \big\}

figure

So

∫CF⋅dr=∫C{(y2−e−y2+sin⁡x)dx+(2xye−y2+x)dy}=∬T{∂∂x(2xye−y2+x)−∂∂y(y2−e−y2+sin⁡x)}dxdy=∬T{(2ye−y2+1)−(2y+2ye−y2)}dxdy=∫01dx∫02xdy {1−2y}=∫01dx {2x−4x2}=1−43=−13\begin{aligned} \int_C \mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r} &= \int_C \big\{\big(y^2 - e^{-y^2} + \sin x\big)\mathrm{d}x +\big(2xye^{-y^2} + x\big)\mathrm{d}y\big\} \\ &= \iint _T \big\{ \tfrac{\partial}{\partial x}\big(2xye^{-y^2} + x\big) -\tfrac{\partial}{\partial y}\big(y^2 - e^{-y^2} + \sin x\big) \big\}\mathrm{d}x\mathrm{d}y \\ &= \iint _T \big\{ \big(2ye^{-y^2} + 1\big) - \big(2y +2y e^{-y^2} \big) \big\}\mathrm{d}x\mathrm{d}y \\ &= \int_0^1\mathrm{d}x\int_0^{2x}\mathrm{d}y\ \big\{1-2y\big\} \\ &= \int_0^1\mathrm{d}x\ \big\{2x-4x^2\big\} \\ &=1-\frac{4}{3} = -\frac{1}{3} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-4 · 4.3절 · 12번
# 그린 정리계산보통자동 분류
CLP-4 Vector Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
4.CLP-4 · 4.3절 · 12번대학 수준우리말 번역

F(x,y)=(32y2+e−y+sin⁡x) ı^+(12x2+x−xe−y) ȷ^\begin{aligned} \mathbf{F}(x,y) = \big(\tfrac{3}{2}y^2 + e^{-y} +\sin x\big)\,\hat{\boldsymbol{\imath}} +\big(\tfrac{1}{2}x^2+x-x e^{-y}\big)\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} \end{aligned}

라 하자. 꼭짓점이 (0,0)(0,0), (1,−2)(1,-2), (1,2)(1,2) 인 삼각형의 경계를 CC 라 하고, CC 의 방향이 시계 반대 방향일 때 ∫CF⋅dr\int_C\mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Let

F(x,y)=(32y2+e−y+sin⁡x) ı^+(12x2+x−xe−y) ȷ^\begin{aligned} \mathbf{F}(x,y) = \big(\tfrac{3}{2}y^2 + e^{-y} +\sin x\big)\,\hat{\boldsymbol{\imath}} +\big(\tfrac{1}{2}x^2+x-x e^{-y}\big)\,\hat{\boldsymbol{\jmath}} \end{aligned}

Find ∫CF⋅dr\int_C\mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r}, where CC is the boundary of the triangle (0,0)(0,0), (1,−2)(1,-2), (1,2)(1,2), oriented anticlockwise.

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정답·풀이 보기

직접 계산하면 삼각형의 세 변에 대해 각각 하나씩 모두 세 개의 적분이 나온다. (0,0)(0,0) 에서 (1,−2)(1,-2) 까지의 적분과 (1,2)(1,2) 에서 (0,0)(0,0) 까지의 적분에는 각각 (상수가 아닌) 항이 여섯 개씩 들어 있다. 이는 그다지 효율적으로 보이지 않는다. 그러므로 그린 정리를 이용해 보자. 삼각형을 TT 라 하면

T={ (x,y) ∣ 0≤x≤1, −2x≤y≤2x }−50pt[40pt][40pt]![그림](clp/clp4−OE06A4.png)T = \big\{ \ (x,y)\ \big|\ 0\le x\le 1,\ -2x\le y\le 2x\ \big\} {-50pt}[40pt][40pt]{ ![그림](clp/clp4-OE06A_4.png) }

이다. TT 의 경계는 ∂T=C\partial T=C 이며, 원하는 대로 시계 반대 방향이다. 따라서 그린 정리에 의해

∫CF⋅dr=∫∂T{(32y2+e−y+sin⁡x)dx+(12x2+x−xe−y)dy}=∬T{∂∂x(12x2+x−xe−y)−∂∂y(32y2+e−y+sin⁡x)}dxdy=∬T{(x+1−e−y)−(3y−e−y)}dxdy=∬T{x−3y+1}dxdy\begin{aligned} \int_C \mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r} &= \int_{\partial T} \big\{\big(\tfrac{3}{2}y^2 + e^{-y} +\sin x\big)\mathrm{d}x +\big(\tfrac{1}{2}x^2+x-x e^{-y}\big)\mathrm{d}y\big\} \\ &= \iint _T \big\{ \tfrac{\partial}{\partial x}\big(\tfrac{1}{2}x^2+x-x e^{-y}\big) -\tfrac{\partial}{\partial y}\big(\tfrac{3}{2}y^2 + e^{-y} +\sin x\big) \big\}\mathrm{d}x\mathrm{d}y \\ &= \iint _T \big\{ \big(x + 1-e^{-y}\big) - \big(3y - e^{-y} \big) \big\}\mathrm{d}x\mathrm{d}y \\ &= \iint _T \big\{ x -3y + 1 \big\}\mathrm{d}x\mathrm{d}y \end{aligned}

이다. 이제

∬Tdxdy=넓이(T)=12(4)(1)=2∬Ty dxdy=0y→−y 일 때 y 는 기함수이므로∬Tx dxdy=∫01dx∫−2x2xdy x=∫014x2 dx=43\begin{aligned} \iint _T \mathrm{d}x\mathrm{d}y &=\text{넓이}(T) = \frac{1}{2}(4)(1) = 2 \\ \iint _T y\ \mathrm{d}x\mathrm{d}y &= 0 \qquad\text{$y\rightarrow-y$ 일 때 $y$ 는 기함수이므로} \\ \iint _T x\ \mathrm{d}x\mathrm{d}y &=\int_0^1\mathrm{d}x\int_{-2x}^{2x} \mathrm{d}y\ x =\int_0^1 4x^2\ \mathrm{d}x =\frac{4}{3} \end{aligned}

이다. 그러므로

∫CF⋅dr=43−3×0+2=103\int_C \mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r} = \frac{4}{3}-3\times 0 +2 =\frac{10}{3}

원본 교재 풀이(영어)

Direct evaluation will lead to three integrals, one for each side of the triangle. The integral from (0,0)(0,0) and (1,−2)(1,-2) and the integral from (1,2)(1,2) to (0,0)(0,0) will each contain six (nonconstant) terms. This does not look very efficient. So let's try Green's theorem. Denote by TT, the triangle

T={ (x,y) ∣ 0≤x≤1, −2x≤y≤2x }−50pt[40pt][40pt]![figure](clp/clp4−OE06A4.png)T = \big\{ \ (x,y)\ \big|\ 0\le x\le 1,\ -2x\le y\le 2x\ \big\} {-50pt}[40pt][40pt]{ ![figure](clp/clp4-OE06A_4.png) }

It has boundary ∂T=C\partial T=C, oriented counterclockwise as desired. So, by Green's theorem,

∫CF⋅dr=∫∂T{(32y2+e−y+sin⁡x)dx+(12x2+x−xe−y)dy}=∬T{∂∂x(12x2+x−xe−y)−∂∂y(32y2+e−y+sin⁡x)}dxdy=∬T{(x+1−e−y)−(3y−e−y)}dxdy=∬T{x−3y+1}dxdy\begin{aligned} \int_C \mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r} &= \int_{\partial T} \big\{\big(\tfrac{3}{2}y^2 + e^{-y} +\sin x\big)\mathrm{d}x +\big(\tfrac{1}{2}x^2+x-x e^{-y}\big)\mathrm{d}y\big\} \\ &= \iint _T \big\{ \tfrac{\partial}{\partial x}\big(\tfrac{1}{2}x^2+x-x e^{-y}\big) -\tfrac{\partial}{\partial y}\big(\tfrac{3}{2}y^2 + e^{-y} +\sin x\big) \big\}\mathrm{d}x\mathrm{d}y \\ &= \iint _T \big\{ \big(x + 1-e^{-y}\big) - \big(3y - e^{-y} \big) \big\}\mathrm{d}x\mathrm{d}y \\ &= \iint _T \big\{ x -3y + 1 \big\}\mathrm{d}x\mathrm{d}y \end{aligned}

Now

∬Tdxdy=Area(T)=12(4)(1)=2∬Ty dxdy=0since y is odd under y→−y∬Tx dxdy=∫01dx∫−2x2xdy x=∫014x2 dx=43\begin{aligned} \iint _T \mathrm{d}x\mathrm{d}y &=\text{Area}(T) = \frac{1}{2}(4)(1) = 2 \\ \iint _T y\ \mathrm{d}x\mathrm{d}y &= 0 \qquad\text{since $y$ is odd under $y\rightarrow-y$} \\ \iint _T x\ \mathrm{d}x\mathrm{d}y &=\int_0^1\mathrm{d}x\int_{-2x}^{2x} \mathrm{d}y\ x =\int_0^1 4x^2\ \mathrm{d}x =\frac{4}{3} \end{aligned}

So

∫CF⋅dr=43−3×0+2=103\int_C \mathbf{F}\cdot\mathrm{d}\mathbf{r} = \frac{4}{3}-3\times 0 +2 =\frac{10}{3}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 6.4절 · 50번
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