經典二重積分計算:
一、二重積分的概念與性質
1. 定義
設是定義在有界閉區域上的有界函式,如果對任意分割為個小區域,對小區域上任意取一點都有
存在,(其中又表示為小區域的面積,為小區域的直徑,而),則稱這個極限值為在區域上的二重積分,記以
這時就稱在上可積,如果在上是有限片上的連續函式,則在上是可積的。
2. 幾何意義
當為閉區域上的連續函式,且,則二重積分表示以曲面為頂,側面以的邊界曲線為準線,母線平行於軸的曲頂柱體的體積。
當封閉曲面它在平面上的投影區域為,上半曲面方程為,下半曲面方程為,則封閉曲面圍成空間區域的體積為
3. 基本性質
(1)(2)
(3)其中。除公共邊界外,與不重疊。
(4)若,則
(5)若,則
其中為區域的面積
(6)(7)積分中值定理,設在有界閉區域上連續,為的面積,則存在,使得
我們也把稱為在上的積分平均值。
4.對稱區域上奇偶函式的積分性質
定理1 設在有界閉區域上連續,若關於軸對稱,則
其中為在軸上半平面部分
定理2 設在有界閉區域上連續,若關於軸對稱,則
其中為在軸的右半平面部分
定理3 設在有界閉區域上連續,若關於原點對稱,則
其中為的上半平面部分或右半平面部分
定理4 設在有界閉區域上連續,若關於直線對稱,則
若分別為在的上方與下方部分,則
二、在直角座標系中化二重積分為累次積分以及交換積分順序問題
模型ⅰ:設有界閉區域
其中在上連續,在上連續
則模型ⅱ:設有界閉區域
其中在上連續,在上連續
則 二計算
1.(1),其中為所圍成的平面區域。
(2),其中為拋物線和直線所圍成的平面區域。
計算直角座標系的二重積分步驟是:
1)畫出區域的草圖,根據圖形的情況確定積分次序;
2)聯立方程求交點,按積分的順序確定積分上、下限;
3)代入公式計算積分值。
解:(1)區域如右圖所示。由區域的形狀,選擇先
積後積。
聯立方程,
解得交點為:
區域於是
(2)解法一:用直線將區域分為和
原式==+
0+解法二:化為先對後對的累次積分。這時可統一表示為
因此2.(1),其中為圓周和及直線所圍成的在第一象限的區域。
(2),其中為圓周所圍成的在區域。
解把二重積分中的變數從直角座標系變換為極座標系,只需把被積函式中的分別換成,面積元換成即可,積分次序一般為先後。
(1) 採用極座標系:積分區域如右圖所示。
={(於是
= (2)採用極座標系:積分區域如右圖所示,
圓周的極座標方程為,
則積分區域為
={(於是
==3. 計算,其中是由曲線所圍區域。
4.計算其中是以和為邊的平行四邊形區域。
5.計算其中是由擺線的第一拱和軸所圍區域。
令表示擺線的方程,則
令則,於是
原式6.計算
解原式7.計算
解原式令,則
於是原式
8.計算,其中由和軸所圍區域。
如果那麼先對求原函式就不行,故考慮另一種順序的累次積分
這時先對積分,當作常數處理就可以了。
原式9.計算其中由與軸圍成上半圓區域。
解在極座標系裡
10. 求
解一解二由積分區域對稱性和被積函式的奇偶性可知
原式11.交換的積分順序。
解原式其中由和所圍的區域,按另一積分順序把二重積分化累次積分
原式12.交換的積分順序。
解原式其中由和所圍的區域,按另一積分順序把二重積分化累次積分
原式13.交換的積分順序。
解原式其中由和所圍的區域
因此,原式
14.交換的積分順序
解原式其中由和以及所圍的區域。
由解出解出
因此按另一順序把二重積分化為累次積分對三塊
小區域得
原式15. ,由,所圍成;
解:法一。
法二16. ,;
解: 17. ,由曲線與所圍成;
解: 法二:關於軸對稱,函式即關於是偶函式。
故,其中
18. ,.
解: 19. ,由,和所圍成;
解:;20. ;
解:設,則
21. .
解:設,則
22.改變下列二次積分的積分次序.
(1);
解:設=
=(2)
解:設=
=23.如果二重積分的被積函式能分解為的函式與的函式的乘積,即,且積分區域為矩形區域:,證明二重積分等於兩個定積分的乘積,即
證明:.
24.把二重積分化為極座標系下的二次積分,其中積分區域分別為:
(1);
解:區域的極座標表示為:。故
=(2);
解:區域的極座標表示為:。故
=(3).
解:區域的極座標表示為: 。故
=25.計算下列二重積分
(1) ,其中是圓域在第一象限部分;
分析用極座標表示簡單,且被積函式為的函式,選擇極座標計算。
解:,則
(2) ,由曲線所圍成的閉區域;
分析:雖然積分區域是圓域,但這個圓域用極座標表示較為困難。故直接用極座標不方便。(採用換元法)
解:令則
,其中由曲線所圍成的閉區域。
法一:利用對稱性
法二:利用極座標
(3) ,其中是由圓周及直線所圍成的在第一象限內的閉區域.
解:,則
26.選擇適當的座標計算下列各題:
(1),其中是由直線及曲線所圍成的閉區域;
解:將寫成型區域,則
(2),由曲線以及直線圍成;
解:關於軸對稱,且被積函式關於是奇函式,故。
(注意:若寫成極座標為
)(3),為矩形區域:;
(提示考慮在定義域中新增輔助曲線,去除絕對值號)
解: 計算,令令故
27.設在上連續,證明:
(提示:利用積分的性質和題6的結論)
證明:其中是如圖的正方形區域, (最後乙個等式是根據定積分與積分記號無關)
故(注:的證明
設,同理: ,
故)28.設為上的連續函式,且,證明:
.(提示:利用定積分與積分變數的符號無關以及不等式)
證明:由有
其中,又
(根據定積分與積分記號無關)則
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二重積分測試卷A
徐海學院高等數學競賽測試卷a 二重積分 1記,其中,則的大小關係為p76 提示 極座標計算再比較大小 2 4 提示 交換積分次序做 p182 3計算 p323 提示 交換積分次序做 4 求,其中.p207 提示 去絕對值,分區域做 5設d是由所圍成的平面區域,則 0 p167 提示 利用對稱性 6 ...
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之前經常逛論壇,發現論壇裡有關英語專業的貼特別少,十分苦惱,在複習的過程中基本都是自己一人摸石頭過河,所以那時就告訴自己,如果有機會考上,我希望把自己的經驗分享給大家,希望能給同學們些許幫助。我是13年考的武漢大學英語語言文學專業的研究生,下面就簡述下我的複習心得。一 政治 我的政治考的不好,六十多...