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非矩形区域上二重积分的计算

下一节:极坐标系下的二重积分

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非矩形区域上二重积分的计算课程教案、知识点、字幕

同学 你好

欢迎来到中国大学先修课

《多元微积分》MOOC课堂

我是中国科大微积分老师宣本金

网上人称“笨笨熊”老师

本讲我们来学习

非矩形区域上二重积分的计算

前面 我们利用

分割 近似 求和 以及取极限这四步

定义了矩形区域上的二重积分

非矩形区域上的二重积分

是通过约化为

矩形区域上的二重积分而定义的

与定积分类似

二重积分也具有一些有用的性质

例如 线性性

对积分区域的可加性

以及保序性等

这些性质可以帮助简化二重积分的计算

那么 如何计算

非矩形区域上的二重积分

这就是本讲的中心任务

设有二元一次函数z

它在整个平面上是连续的

试求函数z在区域S上的二重积分

此时 区域S是由抛物线

直线y=-x x=3

和x=5等围成的区域

它不是一个矩形区域

如何将这个非矩形区域上的二重积分

约化为累次积分

进而计算出积分值

从区域的特点出发

可以发现变量x的变化范围

比较简单明确

而对于从3到5的任意的x

变量y从-x变化到

这样 就可以得到一个

先y后x的累次积分

由内而外 逐次积分

可以得到累次积分和二重积分的值

同学 再回顾一下

这个二重积分约化为累次积分的过程

你有什么样的心得体会

到学习讨论区

与小伙伴们交流交流吧

类似于上面的区域

如果一个区域S

可以看成由两条平行于y轴的直线

与上下两条曲线围成的区域

称之为y型区域

y型区域上的二重积分

可以约化为一个先y后x的累次积分

进行计算

在计算关于变量y的定积分时

视变量x为常数

关于y的定积分值

一般是依赖于变量x的

最后 再计算关于x的定积分

考察二元函数z

它在整个平面上都是连续的

试求函数z在区域S上的二重积分

区域S是一个y型区域

也就是 变量x从0变到1

对于0到1上的任意的x

变量y从 变化到1

因此 区域S上的二重积分

就可以写成先y后x的累次积分

再由内而外 逐次积分

可以得到累次积分和二重积分的值

同学 你能换一个角度

把这个二重积分约化为

先x后y的累次积分

进行计算吗

到学习讨论区

与小伙伴们交流交流吧

对于上面的例子

可以换个角度

约化为另外一个顺序的累次积分

此时 区域S可以视为是由抛物线

x=0直线y=0

y=1等围成的区域

同学 注意到没有

虽然描述区域的语言变了

但是区域本身并没有改变

如何将这个非矩形区域的二重积分

约化为累次积分

进而计算出积分值

从区域的语言描述和几何图像

可以发现 变量y是从0变到1

而对于从0到1上的任意的一个y

变量x从0变化到

这样 就可以得到一个

先x后y的累次积分

由内而外 逐次积分

可以得到累次积分和二重积分的值

同学 与上面的约化方法比较一下

到学习讨论区

与小伙伴们交流交流

类似于上面的约化过程

如果一个平面区域可以看成

介于两条平行于x轴的直线

与两条视为x为y的函数的曲线所围成的

称为x型区域

x型区域上的二重积分

可以约化为一个先x后y的累次积分

进行计算

在计算关于变量x的定积分时

视变量y为常数

关于x的定积分值

一般是依赖于变量y的

最后 再计算关于y的定积分

那么 对于一个既不是y型区域

又不是x型区域的更一般型区域

如何计算一般型区域的二重积分

同学 动脑想一想 动手画一画

到学习讨论区

与小伙伴们交流交流

一般地

对于平面上任意一个有界闭区域S

如何计算S上的二重积分

可以将一般区域约化为

若干个y型区域和x型区域

再分别计算积分

关键是如何约化

利用适当的平行于两个坐标轴的直线段

分割一般区域S

如图所示

可以得到若干个y型区域和x型区域

再利用累次积分

计算这些y型区域和x型区域上的

二重积分

最后 累加起来

即可得到一般区域上的二重积分

同学 拿出纸和笔

计算一下平面区域S上的二重积分

首先 对二重积分的存在性

做一个判定

因为被积函数是

指数函数与多项式函数的复合

所以 它在整个平面上都是连续的

区域S是一个有界闭区域

因此 二重积分存在

为了计算二重积分

根据区域S中变量x和y的变化特点

可以将二重积分

约化为一个先y后x的累次积分

但是 内层关于y的定积分

不能积出来

也就是 它的原函数

不能用一个初等函数表达

同学 怎么办

内层积分积都积不出来

也无法计算外层积分了

为了计算上面的二重积分

我们可以考虑

另外一个顺序的累次积分

为此 将积分区域换个描述方式

由图像可知

变量y是从0变到2

对于0到2上的任意的y

x是从0变到2y

这样 可以把S上的二重积分

约化为一个先x后y的累次积分

同学 这个累次积分

可以由内而外地计算出来吗

动手计算一下

计算可得

这个累次积分等于

也就是说

原来的二重积分等于

本讲 我们通过一些具体实例

探究了如何将

二重积分约化为累次积分

进行计算

在进行约化时

充分利用积分区域的特点

确定自变量的变化范围

以及变量间相互依赖关系

对于矩形区域

由于自变量x和y的变化

是相互独立的

因此 在确定累次积分中每个积分限时

只要保证每个积分的上下限

与积分变元变化的

最大值和最小值对应即可

而对于非矩形区域

自变量的变化范围是相互关联的

此时 将二重积分约化为累次积分

就需要特别关注积分限的确定了

我们分别讨论了

y型区域和x型区域这两种简单情形

对于一般区域

利用二重积分对区域的可加性

将一般区域约化为

若干个y型区域和x型区域的并

再分别利用相应的累次积分

计算二重积分

最后 加起来

对于像圆和扇形的平面区域

采用直角坐标系计算并不是很方便

此时 可以考虑采用极坐标系计算

有关极坐标系下的二重积分

请听下回分解

多元微积分(先修课)课程列表:

第一章 空间解析几何与向量代数

-第一节 空间直角坐标系

--平面初等几何

--平面解析几何

--空间直角坐标系

--空间图形与方程

-第一节 空间直角坐标系--作业

-第二节 空间向量及其运算

--向量及其几何表示

--向量的代数表示

--向量的数量积

--数量积的应用

--平面方程及其应用

--向量的向量积

--向量积的应用

-第二节 空间向量及其运算--作业

-第三节 空间解析几何

--空间直线与曲线方程

--空间曲面方程

--柱坐标系与球坐标系

-第三节 空间解析几何--作业

第二章 多元函数的极限理论

-第一节 多元函数

--平面点集及其分类

--多元函数

-第一节 多元函数--作业

-第二节 多元函数的极限

--二重极限的定义

--二重极限的性质

--二重极限的计算

-第二节 多元函数的极限--作业

-第三节 多元函数的连续性

--多元函数的连续性

--多元连续函数的性质

-第三节 多元函数的连续性--作业

第三章 多元函数的微分及其应用

-第一节 偏导数与方向导数

--多元函数的一阶偏导数

--多元函数的高阶偏导数

--多元函数的方向导数

-第一节 偏导数与方向导数--作业

-第二节 多元函数的一阶可微性

--多元函数的可微性与全微分

--多元函数可微性的判定

--多元可微函数全微分的性质

--全微分与偏导数的计算

--隐式函数的可微性与偏导数

-第二节 多元函数的一阶可微性--作业

-第三节 一阶微分的应用

--多元可微函数的梯度

--多元函数梯度的应用

--参数曲面的切平面与法向量

--空间曲线的切线与法平面

--多元函数的近似计算与误差估计

-第三节 一阶微分的应用--作业

-第四节 多元函数的高阶可微性

--高阶混合偏导数的克莱罗定理

--高阶可微性与高阶微分

--多元函数的泰勒多项式展开

--多元函数的最值与极值

--多元函数极值的计算

--多元函数最值的计算

-第四节 多元函数的高阶可微性--作业

-多元微分学总结

--多元微分学总结

第四章 重积分及其应用

-第一节 直角坐标系下的二重积分

--矩形区域上的二重积分

--矩形区域上二重积分的计算

--非矩形区域上的二重积分

--非矩形区域上二重积分的计算

-第一节 直角坐标系下的二重积分--作业

-第二节 二重积分的计算

--极坐标系下的二重积分

--二重积分的换元法

--二重积分计算举例

-第二节 二重积分的计算--作业

-第三节 二重积分的应用

--二重积分的几何应用

--二重积分的物理应用

-第三节 二重积分的应用--作业

-第四节 直角坐标系下的三重积分

--箱型区域上的三重积分

--非箱型区域上的三重积分

--三重积分计算举例

-第四节 直角坐标系下的三重积分--作业

-第五节 其它坐标系下的三重积分

--柱坐标系下的三重积分

--球坐标系下的三重积分

-第五节 其它坐标系下的三重积分--作业

-第六节 三重积分的计算与应用

--三重积分的换元法

--三重积分应用举例

-重积分总结

--重积分总结

第五章 曲线曲面积分及其应用

-第一节 第一型曲线积分及其应用

--平面曲线弧长

--空间曲线的弧长与质量

--第一型曲线积分的定义与性质

--第一型曲线积分的计算

--第一型曲线积分的应用

-第一节 第一型曲线积分及其应用--作业

-第二节 第一型曲面积分及其应用

--曲面的面积

--第一型曲面积分的定义

--第一型曲面积分的计算

--第一型曲面积分的应用

-第二节 第一型曲面积分及其应用--作业

-曲线曲面积分总结

--曲线曲面积分总结

非矩形区域上二重积分的计算笔记与讨论

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