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数学
题目

12.曲线 =(int )_(-sqrt {3)}^xsqrt (3-{t)^2}dt 的弧长为 __

题目解答

答案

因为 $y={\int }_{-\sqrt {3}}^{x}\sqrt {3-{t}^{2}}dt$ ,所以 $y'=\sqrt {3-{x}^{2}}$,所以 $ds=\sqrt {1+y'^{2}}dx=\sqrt {1+3-{x}^{2}}dx=2dx$,所以 $s={\int }_{-\sqrt {3}}^{\sqrt {3}}2dx=4\sqrt {3}$。4\sqrt {3}

4\sqrt {3}

解析

考查要点:本题主要考查曲线弧长的计算,涉及变上限积分求导及定积分的应用。

解题思路:

  1. 求导:根据变上限积分求导法则,确定函数$y$的导数$y'$;
  2. 弧长公式:代入弧长公式$ds = \sqrt{1 + y'^2} \, dx$,将问题转化为定积分计算;
  3. 积分计算:正确计算定积分$\int_{-\sqrt{3}}^{\sqrt{3}} \sqrt{4 - x^2} \, dx$,注意积分结果的几何意义。

关键点:

  • 变上限积分求导:$y' = \sqrt{3 - x^2}$;
  • 弧长公式化简:$\sqrt{1 + y'^2} = \sqrt{4 - x^2}$;
  • 积分技巧:利用标准积分公式$\int \sqrt{a^2 - x^2} \, dx$的几何意义(扇形与三角形面积组合)。

步骤1:求导数$y'$

由变上限积分求导法则:
$y = \int_{-\sqrt{3}}^{x} \sqrt{3 - t^2} \, dt \implies y' = \sqrt{3 - x^2}.$

步骤2:代入弧长公式

弧长微分公式为:
$ds = \sqrt{1 + y'^2} \, dx = \sqrt{1 + (3 - x^2)} \, dx = \sqrt{4 - x^2} \, dx.$

步骤3:计算定积分

积分区间为$x \in [-\sqrt{3}, \sqrt{3}]$,利用标准积分公式:
$\int \sqrt{a^2 - x^2} \, dx = \frac{1}{2} \left( x \sqrt{a^2 - x^2} + a^2 \arcsin \frac{x}{a} \right) + C.$
代入$a = 2$,计算得:
$\begin{aligned}s &= \int_{-\sqrt{3}}^{\sqrt{3}} \sqrt{4 - x^2} \, dx \\&= \frac{1}{2} \left[ x \sqrt{4 - x^2} + 4 \arcsin \frac{x}{2} \right]_{-\sqrt{3}}^{\sqrt{3}} \\&= \frac{1}{2} \left[ \left( \sqrt{3} \cdot 1 + 4 \cdot \frac{\pi}{3} \right) - \left( -\sqrt{3} \cdot 1 + 4 \cdot \left(-\frac{\pi}{3}\right) \right) \right] \\&= \frac{1}{2} \left( 2\sqrt{3} + \frac{8\pi}{3} \right) \\&= \sqrt{3} + \frac{4\pi}{3}.\end{aligned}$

关键结论:弧长为$\sqrt{3} + \frac{4\pi}{3}$,但题目答案给出$4\sqrt{3}$,说明原解答存在错误。

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