9.1 二重积分的概念和性质 - 应试 | 花野猫的数字花园为使得内容和例题篇幅均衡,将后一节中原书的二重积分计算相关部分内容往前挪到此节,并将后一节命名为计算技巧
1. 二重积分的概念
定义 设函数 z=f(x,y) 在有界闭区域 D 上有定义,将区域 D 任意分成 n 个小闭区域
其中 表示第 个小区域,也表示它的面积。在每个 上任取一点 ,作乘积 ,并求和 。记 为 个小区域 中的最大直径,如果
则称此极限值为函数 在区域 上的,记为
Δσ1,Δσ2,⋯,Δσn,
(ξi,ηi) f(ξi,ηi)Δσi i=1∑nf(ξi,ηi Δσ1,Δσ2,⋯,Δσn limλ→0∑i=1nf(ξ 二重积分
∬Df(x,y)dσ=limλ→0 几何意义 二重积分 ∬Df(x,y)dσ 是一个数。当 f(x,y)⩾0 时,其值等于以区域 为底,以曲面 为曲顶的曲顶柱体的体积;当 时,二重积分的值为负值,其绝对值等于上述曲顶柱体的体积。
2. 二重积分的性质
(1) 若在 D 上 f(x,y)⩽g(x,y),则
∬
(2) 若在 D 上 m⩽f(x,y)⩽M,则
mσ⩽
(3)
∬Df(x,y)dσ
设函数 f(x,y) 在闭区域 D 上连续,σ 为区域 D 的面积,则在 D 上至少存在一点 (ξ,η,使得
3. 利用直角坐标计算
(1) 先 y 后 x. 积分区域 D 可以用 a⩽x⩽b,φ 表示,
(2) 先 x 后 y. 积分区域 D 可以用 c⩽y⩽d,φ 表示,
4. 利用极坐标计算
先 r 后 θ. 积分区域 D 可以用 α⩽θ⩽β,φ 表示,
【注】 适合用极坐标计算的二重积分的特征:
(1) 适合用极坐标计算的被积函数。例如 f(x2+y2.
相关例题
【例 1】 交换累次积分 ∫01dx∫x22−x 的次序.
解 首先画域,y 应介于 y=x2 与 y=2−x 之间,x 介于 与 之间,如图 1,则
原式=∫01dy∫0
【例 2】 (2009, 数二) 设函数 f(x,y) 连续,则 ∫12dx∫
(A) ∫12dx∫14−xf(x,y)dy.
(B) .
(C) .
(D) .
解 ∫12dx∫x2f 的积分区域为两部分
D1={(x,y)∣1⩽x 将其写成一块 D={(x,y)∣1⩽y⩽2,1⩽x⩽4−y},故二重积分可以表示为 . 答案应选(C).
【例 3】(1996,数三)累次积分 ∫02πdθ∫ 可以写成
(A) ∫01dy∫0y−y
(B)
(C)
(D)
【解】 首先画域,r 应介于 r=0 与 r=cosθ(即 x2+y)之间, 应介于 与 之间,如图 2. 则 原式 = . 故应选(D).
【例 4】(2017,数二)积分 ∫01dy∫y1x.
【例 5】积分 ∫02dx∫02x−x.
【解】 该累次积分在直角坐标系下都不易计算,因此在极坐标系下计算,其积分域如图 4. 则
原式 = ∫02πdθ∫
原式=38∫02
原式=38⋅32=.
【例 8】(2006,数三)计算二重积分 ∬Dy2−xy,其中 是由直线 所围成的平面区域.
原式 = ∫01dy∫0y
原式=32∫01y.
【例 12】(2013,数二、三)设 Dk 是圆域 D={(x,y)∣x2+ 在第 象限的部分,记 ,则
(A) I1>0. (B) I2>0. (C) I. (D) .
【解】 利用二重积分的不等式性质. 显然,在 D2 上 y−x⩾0,且 y−x 不恒等于零,则
I2=∬D2(y−x)d
心得笔记
- 直角坐标按照积分次序确定积分式子:后 dy ,则内层对x积分时,y 不变,从左到右画线,确定积分上下限 phi 2 y 和 phi 1 y
- 确定极坐标积分中角θ 的范围,核心方法是以极点(原点 O)为起点引出一条射线,让射线逆时针旋转扫过整个积分区域。射线最先接触到该区域的角度即为下限 α,脱离该区域的角度即为上限 β。例如y轴右侧圆的θ角度范围为负二分之π到二分之π
- 对极坐标计算二重积分的公式中,内层积分要乘以ρ的理解:极坐标切分出的窄条是内窄外宽的扇形。同样的角度下,离圆心越远(ρ 越大),横向撑开的面积就越大。所以要乘上权重 ρ。
- 不当老实人:直角坐标计算二重积分的填空题,通常都需要交换积分次序,例如被积函数是 tanx/x,对 x 积分不好积,交换积分次序后对y积分,而 y 的范围又是 0 到 x ,那上限 x 乘以被积函数后,就只剩 tanx,就好积了
- 二重积分涉及定积分的计算,需要用到5.4定积分的计算中的点火公式等。
- 2006年数三这道题,凑微分时漏了x的系数y,要作为分母 y ,结果算错
408操作系统操作系统概述真题 选择题
更新于2026-11-07
)
Δ
σi
i
,
ηi
)
Δ
σi
存在
,
∑i=1n
f
(
ξi
,
ηi
)
Δ
σi
.
D
z=f(x,y) f(x,y)⩽0 D
f
(
x
,
y
)
d
σ
⩽
∬Dg(x,y)dσ.
∬
D
f
(
x
,
y
)
d
σ
⩽
Mσ,其中 σ 为区域 D 的面积.
⩽
∬D∣f(x,y)∣dσ.
)
∬Df(x,y)dσ=f(ξ,η)⋅σ. 1
(
x
)
⩽
y⩽
φ2(x)
∬Df(x,y)dσ=∫abdx∫φ1(x)φ2(x)f(x,y)dy. 1
(
y
)
⩽
x⩽
φ2(y)
∬Df(x,y)dσ=∫cddy∫φ1(y)φ2(y)f(x,y)dx.
1
(
θ
)
⩽
r⩽
φ2(θ)
∬Df(x,y)dσ=∫αβdθ∫φ1(θ)φ2(θ)f(rcosθ,rsinθ)rdr.
)
,
f
(xy)
,
f
(yx)
(2) 适合用极坐标的积分域。例如
x2+y2⩽R2;r2⩽x2+y2⩽R2;x2+y2⩽2ax;x2+y2⩽2by.
f
(
x
,
y
)
d
y
0
f
(
x
,
y
)
d
x
+
∫12dy∫02−yf(x,y)dx.
x2
f
(
x
,
y
)
d
y
+
∫12dy∫y4−yf(x,y)dx=
∫12dx∫x4−xf(x,y)dy
∫12dy∫14−yf(x,y)dx
∫12dy∫y2f(x,y)dx (
x
,
y
)
d
y
+
∫12dy∫y4−yf(x,y)dx
⩽
2,x⩽
y⩽
2},
D2=
{(x,y)∣
1⩽
y⩽
2,y⩽
x⩽
4−
y},
∫12dy∫14−yf(x,y)dx
0cosθ
f
(
r
cos
θ
,
r
sin
θ
)
r
d
r
2
f
(
x
,
y
)
d
x
∫01dy∫01−y2f(x,y)dx ∫01dx∫01f(x,y)dy ∫01dx∫0x−x2f(x,y)dy 2
=
x
∫01dx∫0x−x2f(x,y)dy
tanx
d
x
=
∫
01
d
y
∫y1
xtanx
d
x
=∫01dx∫0xxtanxdy=∫01tanxdx=[−ln(cosx)]01=−ln(cos1)
2
d
y
=
0
2cosθ
r2
d
r
π
cos3
θ
d
θ
916
d
x
d
y
y=x,y=1,x=0
d
x
=
2
d
y
=
92
y
2
⩽
1}
Ik=∬Dk(y−x)dxdy(k=1,2,3,4) 3
>
0
x
d
y
>
0