微分積分II 補助演習問題 No. 9 解答例
1 曲線
r(t) =et i+e−t j+√
2t k, (0 ≤ t≤ 1) に対して,
∥r′(t)∥= √
e2t+ e−2t + 2 = et +e−t となるので, その弧長は
∫ 1 0
∥r′(s)∥ds =
∫ 1 0
(es+ e−s)ds= [
es−e−s ]1
0
= e−e−1.
2 C : r(t) = cost i+ sint j+t k (0≤ t ≤2π) に対して, I =
∫
C
y dx+z dy+ x dz =
∫ 2π 0
(y(t)x′(t) +z(t)y′(t) + x(t)z′(t))dt
=
∫ 2π 0
(sint(−sint) + tcost+ cost)dt = −π.
3 ベクトル場a = (cosy −ycosx) i+ (−xsiny −sinx+ 1) jを考える. (1) 曲線C : r(t) = (1−t)i (0 ≤ t≤ 2) に沿った線積分は
∫
C
a·dr =
∫ 2 0
cos 0 ×(−1)dt = −2
となる.
(2) ϕ(x, y) = xcosy −ysinx+ y に対して,
a = grad ϕ
が成り立つことに注意する. 従って, 点P(1,0,0)を始点とし, 点Q(−1,0,0)を終 点とするいかなる曲線Cに対しても,
∫
C
a·dr =
∫
C
grad ϕ ·dr = ϕ(Q)−ϕ(P) = (−1)−1 = −2 となる.