正向,负向,如何不让人晕头转向 MRN的数学之旅 第2篇

在上一期专栏中,我们试着做了一下这道题,但在最后的结果上,出现了一些问题。所以,本着科学的精神,我们要仔细分析过程,找出问题所在。

俗话说,“细节决定成败。”上一期中,我们的推理看似天衣无缝,但结果显然不对,一定是在某处细节上出现了问题,只有细致的分析才可能把它找出来。

在之前的计算中,我们把曲线分为了上下两部分,并分别对每部分使用了格林公式计算其面积,并对最后得到的第二型曲线积分进行了计算。在这之中我们分别使用了这两个公式。


因为第二型曲线积分是有向的,所以积分区域的定向会影响积分值的正负,进而影响最终的结果。
如果注意一下上期计算的细节,可以发现,up假定了这两种不同的定向方式导出的定向相同。但事实真的如此吗?
首先,我们可以根据格林公式的定向方法,对该曲线做出如下的定向

至于参数增加的方向就难以确定了。为此,我们通过Desmos做出如下的一系列图像

因此,由图像我们可以得到由参数增加方向导出的定向

对比两个定向方式,我们可以发现:它们对C¹的定向相反,而对C²的定向相同。所以,我们上期对C¹的积分结果与C¹的面积相差一个负号(积分方向相反)。因此,S=-(-16/9)+16/9=32/9
本期课后思考:如果不借助数学软件,如何得出参数增加的方向?
数形结合多好事,严谨直观熔一炉
By MRN 2019.4.20