本記事では、与えられた閉曲線に沿った線積分 ∮c (x^2+y^2)dx + x^2y dy の求め方について解説します。領域が不等式で与えられている場合は、まず幾何学的構造を把握することが重要です。
積分の形とグリーンの定理の適用
今回の積分は閉曲線に沿った線積分であるため、グリーンの定理を用いて二重積分に変換できます。
∮c Pdx + Qdy = ∬D (∂Q/∂x – ∂P/∂y) dA を利用します。
P = x^2 + y^2, Q = x^2y として計算を進めます。
偏微分の計算
まず ∂Q/∂x = 2xy, ∂P/∂y = 2y となります。
したがって被積分関数は 2xy – 2y = 2y(x-1) に簡約されます。
これにより二重積分の形が明確になります。
領域Dの幾何学的理解
領域Dは y^2 ≤ x および y ≥ |2x-1| で囲まれた部分です。
y^2 ≤ x は右向きに開く放物線、y = ±√x の内部領域を意味します。
y ≥ |2x-1| はV字型の領域の上側を表します。
積分範囲の整理
交点を求めることで領域の範囲を確定します。
y = √x と y = |2x-1| の交点から x の範囲は [1/4, 1] に限定されます。
その範囲で上下の関数を分割して積分を設定します。
二重積分の計算
∬D 2y(x-1) dA を x, y の順に積分します。
y の上下限は |2x-1| から √x となります。
計算を実行すると対称性により積分値は 0 になります。
まとめ
この線積分はグリーンの定理により二重積分へ変換できます。
領域の幾何構造を正しく理解することが計算の鍵となります。
結果として積分値は 0 に収束します。


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