10.1 第七次作业参考答案
10.1.1 习题7.5
例 10.1.1
(习题7.5.4)设是光滑的平面封闭曲线,记
计算:
解
记的弧长参数为,则
不妨设,则,故
于是
其中为曲线绕自身切线旋转的圈数(Turning
Number)。
例 10.1.2
(习题7.5.8)设,求星形线的(1)弧长、(2)所围有界区域的面积、(3)绕轴所得旋转体的体积和(4)旋转面的侧面积。
解
设星形线的参数方程为,。
(1)
从而
(2)
(3) 记表示在轴上方的部分,方向与的自然正向相同,则
(4)
例 10.1.3
(习题7.5.9)已知摆线的参数方程为,。求:
-
(1)
-
摆线的弧长;
-
(2)
-
摆线与轴所围成的有界区域的面积;
-
(3)
-
摆线与轴所围成的有界区域绕轴旋转所形成的旋转体的体积;
-
(4)
-
摆线绕轴旋转所形成的旋转面的面积。
解
参考例10.3.1。
例 10.1.4
(习题7.5.11)设,已知心脏线的极坐标方程为,。求:
-
(1)
-
心脏线的弧长;
-
(2)
-
心脏线在弧长参数下的方程,以及其各点处的曲率;
-
(3)
-
心脏线的质心(假设线密度为1);
-
(4)
-
心脏线所围成的平面有界区域的面积,该区域的质心(假设面密度为1);
-
(5)
-
心脏线绕其对称轴旋转所成的曲面的面积,曲面的质心(假设面密度为1);
-
(6)
-
心脏线绕其对称轴旋转所围成的三维区域的体积,该区域的质心(假设体密度为1)。
解
(1)
为了保持对称性,我们选择积分区域为,从而
(2) 同样为了保持对称性,我们选择弧长参数为
从而
故心脏线的参数方程为
求导可得
(3) 由对称性知质心在轴上,故,而
即质心为。
(4)
由对称性知质心在轴上,故,而
即质心为。
(5) 记表示在轴上方的部分,方向与的自然正向相同,则
由对称性知质心在轴上,故,而
即质心为。
(6)
由对称性知质心在轴上,故,而
即质心为。
10.1.2 习题7.6
例 10.1.5
(习题7.6.2)求平面直角坐标系中的曲线和它的渐近线之间的无界区域的面积。
解
参考例11.2.9。
例 10.1.6
计算以下广义积分:
-
(1)
-
-
(2)
-
-
(3)
-
解
(1)
从而
故有
(2)
从而
(3)