当前课程知识点:多元微积分(先修课) > 第四章 重积分及其应用 > 第一节 直角坐标系下的二重积分 > 非矩形区域上二重积分的计算
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
-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
--空间曲面方程
-第三节 空间解析几何--作业
-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
-第三节 多元函数的连续性--作业
-第一节 偏导数与方向导数
-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
-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
-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
-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
-第一节 直角坐标系下的二重积分
-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
--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
-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
--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
-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
-第一节 第一型曲线积分及其应用
--平面曲线弧长
-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





