当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第三章重积分 > 第二节 二重积分的计算 > 二重积分的计算:直角坐标系(1)
好我们现在正式开始来计算二重积分
首先我们 第一种呢
是在直角坐标系下二重积分的计算
假如说 我们这个D区域
可以表示成这么一种情况
y呢大于等于y1 x 小于等于y2 x
x呢是大于等于a 小于等于b
那这个区域是什么样子呢
我们画一下大概的形状
这是x 这是y
x呢是从a 这一点呢是a
到b 这一点呢是b
有两条曲线
这条曲线呢 是y就等于y2 x
这条曲线呢 是y等于y1 x
这个区域呢 就是D区域
也就是D是这种形状的一种区域
f呢当然我们还是假设是一个连续函数
那么我们在D区域中的
f(x,y)这么一个二重积分
可以写成这么一种情况
从a到b dx从y1 x到y2 x f(x,y) dy
我们来解释一下这个符号的含义
我们把这个积分呢叫做一个二次积分
实际上在这个积分里面呢
我们已经省掉了一个符号
就是一个括弧
通常我们是不会去写的
什么意思呢 就是f(x,y)
这时候我把y看成是一个自变量
把x呢看成参变量
对这个积分来讲是一个定的
那么这就实现了来讲
把x定下来之后呢
就是一个关于y的一元函数
对y呢 做一次积分 定积分
做完积分把上限下限朝里面一代的话
这时候 做完一次积分之后
它就构成的是一个x的函数
这个x函数呢再对x从a到b做一次定积分
所以你可以发现
实际上我们是做了两次定积分
那么我们把这个呢叫做二次积分
一旦我们把一个二重积分
化成二次积分之后
我们后面有例子会算到
我们可以知道
二次积分我们都是会的
无非就是两次定积分
所以我们把一个新的
我们不知道怎么算的东西
变成了一个我们知道怎么算的东西
那么这样的话就是我们的目的
如果说这个D区域是另外一种形状的区域
x呢大于等于x1 y
小于等于x2 y
其中呢 y呢 是大于等于c 小于等于d
这个区域是什么样子的呢
我们再来画一下图
这个区域大概是这种形状
x y 这个呢是一条线 这个呢是一条线
这个是d y这是y等于c
这有一条曲线 这有一条曲线
这条曲线呢它的方程是x等于x2 y
y的函数
这条曲线的方程呢是x等于x1 y
相当于这么一个区域
相当于这么一个区域
那么这时候 我们那个
在D区域上的二元函数的二重积分呢
仍然是可以化成一个二次积分
这时候的二次积分呢 那么是c到d上的积分
dy从x1 y到x2 y f(x,y) dx
这也是一个二次积分
但是在这个二次积分里面呢
我们可以发现 先是对x这个变量做一次积分
做完积分之后 这是一个定积分
再对y这个再做一个定积分
又变成了一个二次积分
所以呢如果说我们这个
平面区域稍微简单一点
简单到能够写成这两种形状的区域的话
那么我们这个二重积分
可以转化成为一个二次积分的计算
问题就来了
如果说这个积分区域复杂一点
不是这两块 两种区域怎么办呢
譬如说我们可以画一下图
这个区域很复杂很复杂 复杂到这种程度
这么一个区域上的二重积分
那这时候你会发现 这个区域
既不是这种第一类的区域
也不是第二类的区域
那怎么办呢 其实我们还有一个办法
我们知道
二重积分关于积分区域是具有可加性的
我们把这个区域呢做一些分割
怎么分割呢
我分成这一块 再分成这一块
你可以分的 这个我把它D1
这个区域叫D2 这个区域叫D3
这个区域叫作D4 这个区域叫D5
这么一分的话你会发现
D1 D2 D3 D4 D5实际上都是
第一类型的这个区域
我们把这个比较复杂的区域上的二重积分
通过区域的分割 可以转化成一些
比较简单区域上的二重积分的和
而每一个简单区域上的二重积分呢
都可以转化成为二次积分来算
这是一种分割 其实我们还可以其它分割
譬如说我这么一分割的话
水平地一做分割的话
分成一 二 三个区域
这三个区域实际上是
都是属于第二类型的区域
所以不同的分割
可以有不同的积分的顺序
那么这就引出了另外一类问题
后面我们会讲到的
就是二重积分变成二次积分之后
关于积分顺序的交换的问题
所以呢 我们二重积分
在直角坐标系下的计算
通常是通过对区域的划分
分成一些简单区域
然后呢用二次积分来计算
好 我们来看这么一道例题
有一个D区域 我们要把这么一个二重积分
在D区域上
我们假设f(x,y)是一个连续函数
化成一个二次积分
我们首先第一件事情要做的
我们把D区域稍微先画一下
什么样的区域 D区域
这个D区域呢 实际上是这么一个区域
这个区域由几条曲线构成
第一条曲线是y等于零 是x轴
第二条曲线呢 是x加y等于1
就是这一条线 这个是1 这个是1
第三条线呢 就是y减x等于1
实际上就是这么一条线 这是负1
所以呢 D区域就是这么一个三角形区域
那么 我们来看看这个D区域
我们怎么样去化成二次积分
我们来看看 我们把这个D区域呢
第一种办法 这个D区域可以写成这种形式
D就等于x y
y呢 是大于等于零
从零到1 小于等于1
x呢 是大于等于左边那条线
左边那条线呢 是y减x等于1
右边那条线呢 是x加上y等于1
所以这个x 你看 我在0 1之间随便找一个y
我们找一条水平的线
起始点是左边那条线
终止点就是右边那条线
所以x的范围是从左边到右边
左边是什么东西呢
左边就是y减1大于等于x
右边这条线呢x等于1减y
小于等于1减y
所以这个D区域的第一种表示形式
既然有这种表示形式
那么根据我们刚才讲过的
二重积分化成二次积分的办法
那么 y呢是从零到1 dy
x的范围呢 是从y减1到1减y
f(x,y) dx
这是一个二重积分 转化成为
先对x做一次积分
再对y做一次积分的二次积分
同样我们这个D区域
我们还可以再给它改写一下
x y 我想
先对y作积分 再对x作积分
我们来看看 x的范围呢
实际上从负1到正1
x的范围从负1到正1
在负1到正1里面我随便找一个
x点朝上一走
从零开始是不是就到这条线出去
但是这个时候就有分成两块了
为什么呢 左边那一块
是从零开始到左边那条直线
右边那一块呢
是从零开始到右边那条直线
左右两个是写不到一起去的
所以我就要把这个D上的积分就写成D左边那个积分
f(x,y) dx dy
再加上D右边那个区域的积分
f(x,y) dx dy
那么左边那个区域呢 你可以发现
D左边那个区域啊 x呢正好是
大于等于负1小于等于0
从负1到零
y呢是从零开始 到左边那条直线出去
y是大于等于零 小于等于1加上x
这是左边那个区域
所以呢 左边那个区域 x呢是从负1到零
dx 这是后做的那个积分
y呢是从0到1加x f(x,y) dy
这是一半的积分 左边那个区域的积分
还要加上右边那个区域
D右边那个区域的积分 也可以写成x y
这时候x是大于等于零小于等于一
y呢 是从零开始到右边那条直线出来
y呢是大于等于零小于等于1减去x
那么再加上 从零到1的dx
y呢是从零到1减x f(x,y) dy
所以呢
我们可以发现 不同的分割方式
决定了二次积分的不同的顺序
那么 有可能是用一个二次积分
就可以来表示的
那么另外一种投影方式的话
就必须用两个二次积分才能表示
但是无论如何 这两个积分值一定是相等的
一定是相等的
既然是相等的 那么我们可以发现
我们就做到我们想做的事情
就是二次积分 我们交换二次积分的顺序
前面那个二次积分
是先对x作了积分再对y作积分
右边那个 下面那个二次积分呢
是先对y作积分 再对x作积分
那么这个问题就是一个
二次积分的交换顺序的问题
-第一节 多元连续函数
--开集、闭集、区域
--二重极限的定义
--二重极限的例题
--二次极限的定义
-第一章 多元函数微分学--第一节练习题
-第二节 多元函数的偏导数
--偏导数的概念
--偏导数的几何意义
--高阶偏导数的概念
-第一章 多元函数微分学--第二节练习题
-第三节 多元函数的全微分
--全微分的概念
--可微的必要条件
--可微的充分条件
--可微的充要条件
--多元函数的原函数
-第一章 多元函数微分学--第三节练习题
-第四节 多元函数的微分法
--隐函数存在定理
--隐函数组求导法
-第一章 多元函数微分学--第四节练习题
-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量
--方向导数的概念
--方向导数的计算
-第一章 多元函数微分学--第五节练习题
-第六节 映射及其微分
--复合映射的微分法
-第一章 多元函数微分学--第六节练习题
-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)
-第一章 多元函数微分学--第七节练习题
-第一节 多元函数微分学的几何应用
-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题
-第二节 多元函数的极值
--极值点的判别法
--极值问题举例
-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题
-第三节 多元函数的条件极值
--条件极值问题举例
--最小二乘法
-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题
-第一节 二重积分的概念和性质
--二重重积分引入
--二重积分定义
--二重积分性质
-第二节 二重积分的计算
-第三章重积分--第二节练习题
-第三节 极坐标系及一般坐标系
--极坐标系
--一般坐标系
-第三章重积分--第三节练习题
-第四节 三重积分
--三重积分的引入
--三重积分的定义
--三重积分的性质
--直角坐标系
--空间坐标变换
--空间柱坐标系
--球坐标系
--球坐标系例题
-第三章重积分--第四节 练习题
-第五节 第一类曲线积分
-第三章重积分--第五节 练习题
-第六节 第一类曲面积分
-第三章重积分--第六节 练习题
-第七节 含参变量积分
--含参定积分的定义
--含参积分的连续性
--含参积分的导数
--含参积分的例题
-- 广义含参积分的一致收敛性
-第三章重积分--第七节 练习题
-第一节 第二类曲线积分
-第四章 向量分析--第一节 练习题
-第二节 Green公式及其应用
-第四章 向量分析--第二节 练习题
-第三节 第二类曲面积分
--曲面的定向
-第四章 向量分析--第三节 练习题
-第四节 Gauss公式与Stokes公式
--Gauss公式
-第四章 向量分析--第四节 练习题
-第五节 无源场,保守场与调和场
--平面保守场
--势函数及其计算
--空间保守场
--常见的场
-第四章 向量分析--第五节 练习题
-第一节 微分方程的基本概念
--微分方程概念举例
-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)
--变量分离方程
--齐次型方程
-第五章 常微分方程--第二节 练习题
-第三节 高阶线性微分方程解的结构
-第五章 常微分方程--第三节 练习题
-第四节 高阶线性常系数微分方程
--欧拉方程
--欧拉方程举例
-第五章 常微分方程--第四节 练习题