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文檔簡介
設有一立體它的底是xOy面上的閉區(qū)域D,D這里f(x,y)≥0且在D這種立體叫作曲頂柱體。fi,hiDsi是以Dsifi,hi為高的平頂柱體的體積Dsi的直徑很小時fi,hiDsi上變化也很小因此可將以Dsi為底以z=f(x,y)為頂的小曲頂柱體近似地看作平頂n n
iDsi
z=f,
zi=fi,ηi
fi
VVd=max{dDskfi0, n n,ydxdyiDsi dfi0
Di,hi
Dsiyyyy=f2?Dy=f1xoabdx=y1y
x=y2yD o
D=,
f1(x)£y£f2(x),a£x£b
y1(y)£x£y2(y),c£y£dx x y???y????xo
y=f2
,
f1(x)£y£f2(x),a£x£b}
Sx0f(x
x0b x0= f(x0,y)d f1(x0bbV=Df(x,y)ds=aS(x)d
y=f1(x)b=f2(b
f(x,y)d
dx
bdxf2(
f(x,
D=x,yy1y£x£y2y,c£y£d}x=y2(y x=y1
Dy
zxocSy=y2(y0)f(x,y)d
y y(y ddV= fx,ydxdy=
Syd
x=y1 yd d y1(y
fx,ydxd =
d d
y
x,yd則有f,ydxd
y=d
bDb=ad
f2(
fx,yd
y=f
x=y2y) c=dyc
1(
f(x,y)
byD=+yD=++ xY-型區(qū)域時,可以通過劃分, o f(x,y)ds=bf2(
f,ydx
bdxf2(
f(x,Daf1( D
,
f(x)£y£f(x),a£x£b f(x,y)ds
y2(
f(x,y)dxdy
ddy(
f,d dD
y1(y)£x£y2(y),c£y£d df(x,y)ds=bdxf2(d
f(x,
dy(
f,
例1.I22sin(x
y)dxdy p I=p
dy
x+yp p =-cosx+y d +y+cos0+y+cos0+yd20 2p=2[siny+cosy]d0p=[-cosy+siny]2=0例2計算Ixyds其中Dy=1x=2D
D
1£y£1£x£ I=dxxydy
1y2xd
y= 1 =2
x3-1xdx= 1
x
Dy£x£1£y£2I=d
2xydx=
x2 d
22y-
y3d y
1
=1
=D例3.計算Ixyds,其中D是拋物線y2=xy=x-D 2y2£x£y+ D:-1£y£
y2= - -y=x- y+Dxyds
1d
xyd=21y-1
dy=2
2yy+22-y5d 1
= +y3+2y2-y6 2
y4,y=y4,y=oD1y=x--x,
xDxDx x
£y
x-2£yxDxD 0£x£1 1£x£ yDxyds
xy
+
xy4 40-1=dx0-1
xyd
+dx
xyd11其中,既要考慮積分區(qū)域的形狀,又要考慮被積函數的特性。例4
y-
dxdy其中D為-1≤x≤1,0≤y1 在D上x2≤y 2D1:-1≤x≤1,0≤y≤x2D2:-1≤x≤1,x2≤y≤1;于是,根據二重積分的性質,有
y=y=x
y-
dxdy
x
-ydxd
+
y-x2dxdy2-12-=
1x0x1x0
-ydy
02dx02
y-x2d1=-1
x4dx
-x2+
x4
=-OxRDzy R2OxRDzy R2-xx2+y2=Dyx2+z2=xRoRx2+y2=R2,x2+z2=R2-R2-R2-0R2-xy?DR2-R2-x2RR2-R2-x2RR2-x2VR2-x2
dxdy=
dx d0=8R0
-x2d
3p2p例6.計算 d0 x
x
yd
x
yd
π πx,
x£y£2
yDp2 Dp,0£x
4
x= 2D=x,y0£x£y2,0£y£ 2
y= 4p2p4dp
d
=2d
yx dyx
py dpy
yp=p
y-ycosydy=1
ysiny-cosy
= p=
p+1
8-8- I=
d 0
fx,ydy d
fx,yd0£y£1
y=1222£y=122
D2:
+ =88-0£x£
0£y
將D=D1+D2視為Y–,
28-D:28-0£y£8-8-(I=0d(
x,ydy 域D關于x軸對稱Ds1,Ds2, ,DsnDskk,hk和k,-hk
x則有fkhkDsk
x?xDskk=1,2,L,Dskfk,-
Dsk
xDnn
fk,hks
fk-hks
nkn
k
fx,ydxdy=limfk,hkskdfi0k
kDskdfi0k=111=11
fx,dxdy+
fx,-ydxd0
11=11
fx,y+fx,-dxd
=
fx,ydxd
yoDD關于xyoDfx-yfxy,((xy∈D)時f(x,y)dxd = f(x,y)dxd fx-yfxy ((xy∈D)時Df(x,y)dxdy=如果積分區(qū)域D關于y軸對稱, fx,y=fx,y
((xy∈D)時Df(x,y)dxd =
f(x,y)dxd
22fx,y=-fx,yDf(x,y)dxdy=
((xy∈D)時例10.
I=xlnyD
1+其中Dy=4-x2,y=-3x,1+解
fx,y=xlny 1+1+fx,y=-1+1+y+1+y2fx,-y=xy+1+y2
=-, 1+1+-
+1+y2 y1+y1+
=xln
=-f,y)y4y=y4y=4-y=-3o1x=
D=D1+D2則Ixy
f(-x,y)=-f(x,f(x,-y)=-f(x,1+y21+y2xdy+1+y21+y2
xdy=例11.I=y1+xfD其中Dy=x2y=1
+y2xd
1 y=x
令gx,y=xyfx2+y2)- D關于y軸對稱,gx,y=-xyfx2+y2=-gx,y yxfx2+y2dxdy=DI=y1+xf1D1
+y2xdy=ydxdy+yxfx2+y2dxd1 1=ydxdy=d
yd
=1
1-x4dx4
2例12.計算 x+2
dxdyD:xy£1
x
+2xy+y2dxd
yx+y£1
y==
x2dxdy+
2xydxdy+
y2dxd ①D既是關于x軸對稱又是關于y軸對稱
- DoD2-Dxydxdy=-Dx2dxdy=2x2dxdy=4x2dxdDD1¨ D同理y2dxdy4y2dxD②D1關于y=x對稱fx,ydxdyfyxdxdx2dxdyy2dxd
x+y2dxdy=
x2dxd
xy2
x2dxdy1x+y=1xoxy1x+y=1xox1
D1=0£x£1
1- 1 xdxdy1
80
xd
d
=80
1-xd 4 累次積分法
y=D例7證y=Da0da
ebx0
xdx
aebx-
xd 00D=x,y0£y£a,0£x£yD=x,y0£x£a,x£y£aaa
x a0da
ebxa0a
xd
=0d
ebx0x0
xda=a
ebx
x)xdyd
aebx-
xd例8
sinxdxdy,其中D是直線y=x,y=0 xx 因此取D為X–型域yy=Dx0£yy=Dx0£x£sin
dxdy=
=psinxdx=-cosxp= P1342(1)(4),3(1)(3)(5),4(2)(4),6(1)(3)(5),9(2)(4),
定理:設f(x,y)在閉區(qū)域D上連續(xù) x=u, yT y
=u,
u,?D¢fi u滿足(1)xuv),yu一階導數連續(xù)在上Jcabi行列 Ju,Ju,?u,
DD Df(xydxdyD¢f(x(uvy(u
J(u,v)dud uov
v+v
uv)uDu
o¢
u+u+Du,v+Dv),u,v+ yP4PD2其對應頂點為ixiyii=P4PD22+2+u+Du,-u,uDv-u
Du+r u,vDv+ru,v?y?yu+Du,-u,uDv-u
P4PD2DP4PD2u,vDv+ru,v 14當△u△vP1P2P3P4近似于平行四邊形,14
1
uv-uuDv-uuv-uuDv?
DuDv=Ju,v)
ds=dxdy
Ju,v)dud Dfx,ydxdy=D¢fxu,v),yu,J(u,v)dud x=rcosq,y=rJ=x,=,q)
rsinq=rDfx,ydxdy=D¢frcosq,rsinqrdr Df(x,y)ds= rr=rr=r2θ)Dbor=r1θ)
在區(qū)間上連續(xù) Df(x,y)dxdDf(x,y)dxdybarq)2r1rDf(x,y)dxdybarq0 Df(x,y)dxdybarq0 o
r=rθ)DbDDf(x,y)dxdybarq)2r1rDDf(x,y)dxdybarq)0rr=rθDor=rθDo 0£r£rθD:0£θ£Df(x,y)dxdy2θfrcosq,rsinq)rdθ)f≡1則可求得D11
0
q
r=rθD
rr=rθDo (1)0£q£p
(2)-p£q£ y12o例y12o
x
dsxD=,q)1£r£2,0£q£2px
+y2dxd
=
rr1
rdr55 5
21例13.
x
y2dxdy,其中Dyx2+y2=4yxy
3y0,y-3x04解:x2+y2=2 r=2sinq域4x2+y2=4yr=y-3x=0q2= x-3y=
r,q6363\x+yd\x+ydxdy6
3r2rd3r2rdr=15 例14.
e-x2-y
dxdy
其中D
D0£r£a 00£q£原式
e-r2rdrdq=2p0
are-r2d0-1-
2 =
2
1- -由于e-
+¥e-x2 1D=(x,y)|x2+y2£R2,x?0,y?012D=(x,y)|x2+y2£2R2,x?0,y?02S=(x,y)|0£x£R,0£y£R
S x 顯然 D2
ex
e-x2-y2dxdy<e-x2-y2dxdy<e-x2-y2 因為e
-x2-y
dxdy
R
-x2
Re-y2
=
Re-x
e-x2-y2dxdy=p-e-R2
e-x2-y2dxdy=p-e-2R2
-x -e-R
£1-e-2 令Rfi+¥上式兩端趨于同一極限p 從40e-2dx=2+¥e-x20事實上當D為R2時
dx p2p
e-x2-y
dxdy
+¥e-x2
dx+¥e-y2d2=4+¥e-x2dx 40e-22d 40e-22d =limafi1-2zoyzoy 2r,q 2 4a2-rDV=4 4a2-r2r4a2-rDp0=42dq0
0
rd
r==323
pp 1-0
3q D D =32a3p-2 例8
y-ey+xD
dxdy
其中Dxyyxy2解令uyxvyx,
x+y=Dx=v-u,y=v+
(Dfi 2J=?(x,
2- =
u=-
v=D¢u=2 2 2vy- 2v\
2ey2
dxdy=
ev
1
dudv=
d
d = e-e-1vdv=e-e- 例9.計算由y2px,y2qx,x2ay,x2by0pq0abDy2 Sx2=byDy2=qxy2=pxxx2=byDy2=qxy2=pxx2=ay p£u£D:a£v£b J=?(x,y)=
=- \S=Ddxd
o =
Jdudv
1 d d
=1(q-
- 3 例10.
x2+
+z2
£1的體積V 取D: +
V=V=
112ya2-zdxdy=2dxdxarcosq,ybrsinq,則DD:r£1,0£q£J=?(x,y)
ab
arbr
=abr1-r\V=21-r
abrdr =2 d
rdr=4p1-r1-r:
y=y2(x)Dy=y1(x) bxD=(x,y)a£x£b,y1(x)£y£y2
f(x,y)ds
bdxy2(x)f(x,y)d x=x2(x=x2(Dx D=(x,y)c£y£d,x1(y)£x£x2(y)} 則f(xydsdd
x2(y
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