第46题
计算 $\oint_L \dfrac{x\,\mathrm{d}y-y\,\mathrm{d}x}{4x^2+y^2}$,其中 $L$ 是以点 $(1,0)$ 为中心,$R\,(R>1)$ 为半径的圆周,取逆时针方向。
答案
$\pi$
格林公式 复连通区域 挖奇点法 曲线积分

📋 解题步骤

1
验证被积表达式
设 $P=\dfrac{-y}{4x^2+y^2}$,$Q=\dfrac{x}{4x^2+y^2}$,计算得 $\frac{\partial Q}{\partial x}-\frac{\partial P}{\partial y}=0$(当 $(x,y) eq(0,0)$ 时)。
2
挖去奇点
因 $R>1$,原点 $(0,0)$ 在 $L$ 内部。作小椭圆 $L_\varepsilon: 4x^2+y^2=\varepsilon^2$(取逆时针),使 $L_\varepsilon$ 完全在 $L$ 内部。
3
在复连通区域上用格林公式
在 $L$ 与 $L_\varepsilon$ 围成的复连通区域上,$\frac{\partial Q}{\partial x}-\frac{\partial P}{\partial y}=0$,故 $\oint_L=\oint_{L_\varepsilon}$。
4
计算椭圆上的积分
在 $L_\varepsilon$ 上 $4x^2+y^2=\varepsilon^2$,故 $\oint_{L_\varepsilon} \dfrac{x\,\mathrm{d}y-y\,\mathrm{d}x}{4x^2+y^2}=\dfrac{1}{\varepsilon^2}\oint_{L_\varepsilon} x\,\mathrm{d}y-y\,\mathrm{d}x=\dfrac{2}{\varepsilon^2}\cdot \dfrac{\pi\varepsilon^2}{2}=\pi$。
5
得到结果
因此原积分 $=\pi$。
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