D102二重积分的计算法

,第二节,一、利用直角坐标计算二重积分,二重积分的计算法,二、利用极坐标计算二重积分,三、二重积分的换元法,第十章,设曲顶柱的底为,任取,平面,故曲顶柱体体积为,截面积为,截柱体的,一、利用直角坐标计算二重积分,同样,曲顶柱的底为,则其体积可按如下两次积分计算,且在D上连续时,由曲顶柱体体积的计算可知,若D为X型区域,则,若D为Y型区域,则,当被积函数,均非负,在D上变号时,因此上面讨论的累次积分法仍然有效.,由于,说明:(1)若积分区域既是X型区域又是Y型区域,为计算方便,可选择积分序,必要时还可以交换积分序.,则有,(2)若积分域较复杂,可将它分成若干,X-型域或Y-型域,则,例1.计算,其中D是直线y1,x2,及,yx所围的闭区域.,解法1.将D看作X型区域,则,解法2.将D看作Y型区域,则,例2.计算,其中D是抛物线,所围成的闭区域.,解:为计算简便,先对x后对y积分,及直线,则,练习：,计算,其中是由直线,所围成的闭区域。,，,及,解,既是X型的，,是Y型的,（计算比较麻烦）,例3.计算,其中D是直线,所围成的闭区域.,解:由被积函数可知,因此取D为X型域:,先对x积分不行,说明:有些二次积分为了积分方便,还需交换积分顺序.,例4.交换下列积分顺序,解:积分域由两部分组成:,视为Y型区域,则,例5.计算,其中D由,所围成.,解:,例6.计算,其中D由,所围成.,解:令,(如图所示),显然,例7.求两个底圆半径为R的直角圆柱面所围的体积.,解:设两个直圆柱方程为,对应有,二、利用极坐标计算二重积分,在极坐标系下,用同心圆r=常数,则除包含边界点的小区域外,小区域的面积,在,内取点,及射线=常数,分划区域D为,即,设,则,特别,对,若f1则可求得D的面积,思考:下列各图中域D分别与x,y轴相切于原点,试,答:,问的变化范围是什么?,(1),(2),例8.计算,其中,解:在极坐标系下,原式,的原函数不是初等函数,故本题无法用直角,由于,故,坐标计算.,注:,利用例8可得到一个在概率论与数理统计及工程上,非常有用的反常积分公式,事实上,当D为R2时,利用例6的结果,得,故式成立.,例9.求球体,被圆柱面,所截得的(含在柱面内的)立体的体积.,解:设,由对称性可知,定积分换元法,*三、二重积分换元法,满足,一阶导数连续;,雅可比行列式,(3)变换,则,定理:,变换:,是一一对应的,证:根据定理条件可知变换T可逆.,用平行于坐标轴的,直线分割区域,任取其中一个小矩,形,其顶点为,通过变换T,在xoy面上得到一个四边,形,其对应顶点为,则,同理得,当h,k充分小时,曲边四边形M1M2M3M4近似于平行四,边形,故其面积近似为,因此面积元素的关系为,从而得二重积分的换元公式:,例如,直角坐标转化为极坐标时,例10.计算,其中D是x轴y轴和直线,所围成的闭域.,解:令,则,例11.计算由,所围成的闭区域D的面积S.,解:令,则,例12.试计算椭球体,解:,由对称性,令,则D的原象为,的体积V.,内容小结,(1)二重积分化为累次积分的方法,直角坐标系情形:,若积分区域为,则,若积分区域为,则,则,(2)一般换元公式,且,则,极坐标系情形:若积分区域为,在变换,下,(3)计算步骤及注意事项,画出积分域,选择坐标系,确定积分序,写出积分限,计算要简便,域边界应尽量