当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第三章重积分 > 第三节 极坐标系及一般坐标系 > 二重积分的计算:极坐标系例题
好我们现在正式开始试一下
找一道具体的例题来看一下
极坐标系是如何用的
我们要算在D区域上的这么一个
x加y除以x平方加上y平方dxdy
其中这个D区域呢
是这么一个区域
x平方加上y平方小于等于x加上y
我们要找这么一个积分
那么我们来看一看
D区域是什么东西
在直角坐标系下
D区域实际上它的边界线就是
x减二分之一括号的平方
加上y减二分之一括号的平方
就等于二分之根号二的括号的平方
它就是以二分之一二分之一为圆心
二分之根号二为半径的这么一个圆
我们把这个圆画出来之后
我们可以画一下 它就是 x y
这点呢正好是二分之一二分之一
那么从圆的几何上来讲
我们也明显可以看出来
这个角度呢正好是负的四分之π
上面那个角度呢正好是四分之三倍的π
那么我们再来看一看
我们这个x平方加y的平方等于x加y
这条曲线它的极坐标系方程是什么东西
x平方加y的平方实际上就等于ρ的平方
ρ的平方就等于x呢是等于ρcosφ
加上y呢是ρsinφ
所以这条曲线实际上就是
ρ等于cosφ加上sinφ
这就是我们这么一个圆圈
在极坐标系下的方程
那么这样就告诉我们
ρφ在极坐标系下
我们这么一个区域它的表达形式
原点正好是在边界上
所以呢 我们可以知道
φ呢是大于等于负的四分之π
小于等于四分之三的π
ρ呢是从零出发到外面的一个曲线
大于等于零 小于等于cosφ加上sinφ
这就是我们这么一个D区域
在极坐标系下的表达形式
那这样一来 我们原来在直角坐标系下的
x加上y除以x平方加上y平方dxdy
这么一个二重积分
完全可以写成
极坐标系下的二次积分
φ呢是从负的四分之π
到四分之三倍的π dφ
ρ的变化范围呢正好是从零
到cosφ加上sinφ
被积函数呢是x加y
x呢等于ρcosφ
加上ρsinφ
除以x平方加y平方呢
正好是ρ平方
再乘上我们刚才一直强调
有一个面积元素之间的比例因子
对极坐标系数来讲
比例因子正好是ρdρ
我把该消的都消掉
所以我们原来的二重积分
就可以写成负的四分之π
到四分之三倍的π
哪个函数呢
现在我们对于二次积分的第一次积分
也就是右边这次积分
你看看 本身是对ρ来做积分
而被积函数是cosφ加sinφ
跟ρ无关
所以我们可以发现
这个东西呢对于这个积分来讲是个常数
我们可以把它拿出来
或者说呢我们第一次算
我们仔细的算一下
相当于dφ 被积函数是什么东西呢
是cosφ加上sinφ
乘上ρ
积分下限是ρ等于零
积分上限是ρ等于cosφ加上sinφ
我们把上限下限朝里面一代
实际上就变成了
从负的四分之π
到正的四分之三π
cosφ加上sinφ
我们把上限朝里面一代
不就是一个平方么
平方dφ
我们再仔细算一下
就等于从负的四分之π
到正的四分之三π
一加上sin两倍的φ dφ
我们把它平方式给它展开之后
变成一加上sin两倍的φ dφ
那么当然这就变成一个定积分
我们定积分当然学过了
就是答案呢我们可以马上给它写出来
那么答案呢就是π
所以我们可以发现
经过我们那个极坐标变换
我们做到了几件事情
第一件事情 我们把这个
坐标的二次积分的积分区域
变的相对来讲比较简单
那么在比较简单的积分区域下
使得我们就很容易的
写成这么一个二次积分
然后呢再写成定积分
最后把这个积分给算出来
所以呢这就是极坐标系
给我们带来的好处
通常我们处理与圆有关系的问题的话
用极坐标系通常会简单一点
-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