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二重积分的计算例题

2025-05-03 急救常识

一、二重积分的计算,对于初学者来说可能是一块难啃的骨头,但只要掌握了正确的方法,一切问题都将迎刃而解。**将围绕二重积分的计算,提供几个实用的例题解析,帮助读者轻松掌握这一数学技巧。

二、例题一:计算二重积分(\iint_D(x^2+y^2)\,dx\,dy),其中积分区域(D)为(x^2+y^2\leq1)。

1.分析积分区域:这是一个以原点为圆心,半径为1的圆。

2.积分变换:由于积分区域关于(x)轴和(y)轴对称,我们可以将原积分转化为极坐标下的积分。

3.极坐标变换:设(x=r\cos\theta),(y=r\sin\theta),则(dx\,dy=r\,dr\,d\theta)。

4.计算积分:(\iint_D(x^2+y^2)\,dx\,dy=\int_0^{2\i}\int_0^1r^2\cdotr\,dr\,d\theta=\frac{1}{3}\int_0^{2\i}d\theta\int_0^1r^3\,dr=\frac{1}{3}\cdot2\i\cdot\frac{1}{4}=\frac{\i}{6})。

三、例题二:计算二重积分(\iint_D(x+y)\,dx\,dy),其中积分区域(D)为(x^2+y^2\leq1)。

1.分析积分区域:同样是一个以原点为圆心,半径为1的圆。

2.积分变换:由于(x+y)在第一象限和第三象限的值相等,而在第二象限和第四象限的值相等,我们可以分别计算四个象限的积分,然后将结果相加。

3.计算积分:(\iint_D(x+y)\,dx\,dy=\int_0^{\frac{\i}{2}}\int_0^1(r\cos\theta+r\sin\theta)r\,dr\,d\theta=\frac{1}{2}\int_0^{\frac{\i}{2}}d\theta\int_0^1r^3(\cos\theta+\sin\theta)\,dr=\frac{1}{2}\cdot\frac{\i}{2}\cdot\frac{1}{4}=\frac{\i}{16})。

四、例题三:计算二重积分(\iint_D(x^2-y^2)\,dx\,dy),其中积分区域(D)为(x^2+y^2\leq1)。

1.分析积分区域:同样是一个以原点为圆心,半径为1的圆。

2.积分变换:由于(x^2-y^2)是一个奇函数,我们可以将其转化为极坐标下的积分。

3.极坐标变换:设(x=r\cos\theta),(y=r\sin\theta),则(dx\,dy=r\,dr\,d\theta)。

4.计算积分:(\iint_D(x^2-y^2)\,dx\,dy=\int_0^{2\i}\int_0^1r^2(\cos^2\theta-\sin^2\theta)\,dr\,d\theta=\int_0^{2\i}\cos2\theta\,d\theta\int_0^1r^2\,dr=\frac{1}{2}\int_0^{2\i}\cos2\theta\,d\theta\cdot\frac{1}{3}=0)。

通过以上三个例题的解析,我们可以看到,二重积分的计算并非不可攻破。关键在于理解积分区域的几何形状,运用合适的积分变换方法,以及熟练运用积分技巧。掌握这些方法,二重积分的计算将变得游刃有余。

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