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??f?x,y?d???d??D02?r2???r1???f?rcos?,rsin??rdr.
小结 化二重积分为二次积分的关键在于确定二次积分的上、下限.
确定积分限采用穿线法,若先对y后对x积分,则将积分区域投影在x轴上,可得x的变化范围.再过固定的x点作一平行于y轴的直线从下向上穿过区域D,则可得到y的变化范围.从而可将积分域D用不等式组表示出来,这种确定上、下限的方法比较直观.二重积分化为二次积分,一般而言,内层积分的上、下限是外层积分变量的函数或者常数,而外层积分的上、下限一定为常数.
小结 极坐标系下化二重积分为二次积分一般选择的积分次序是先r后?,定限时仍采用“穿线法”。为确定?的变化范围,从极点出发作射线穿过区域D,并使射线沿逆时针方向转动,射线与积分域D开始接触时的?角即为?的下限,离去时的?角即为上限;又由于极径r?0,穿入时碰到的D的边界曲线r1???为下限,穿出时离开的D的边界曲线r2???为上限.
小结 计算二重积分时,选择坐标系和积分次序是非常重要的,它不但影响到计算的繁简,甚至还会影响到计算能否进行下去.选择坐标系要从积分域D的形状和被积函数的特点两个方面来考虑,为便于记忆,现列表18—1表示. 表18—1 积分区域的形状 D为矩形、三角被界函数的形状 应选坐标系 直角坐标系 形、或其他形状 D为圆域、圆环f?x,y? 域、扇形域或环扇形域 ?y?fx2?y2或f?? ?x???极坐标系 小结 利用被积函数的奇偶性及积分区域的对称性,常常使二重积分的计算简化许多,避免容易出错的繁琐计算,而且使一些无法直接积分的问题得以解决.但必须注意:利用这种方法,计算时一定要同时兼顾被积函数的奇偶性和积分区域的知乎教育-打造培训界最走心的学校
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对称性两个方面,否则就会导致错误.
小结 计算绝对值函数的积分,一般应先将积分区域分块,将被积函数分段表示,以去掉绝对值符号,然后利用二重积分关于积分区域的可加性,进行分块计算,最后把计算结果相加.
5.计算三重积分时,有一种称为“先二后”一的算法,什么样的情况适合选用这种算法?
“先二后一”法是计算三重积分的一个很有效的方法,该方法通过计算一个二重积分和一个定积分来得到结果.在有些场合下,其中的二重积分是不需要计算的,因此大大简化了计算三重积分的计算量和难度. “先二后一”方法是这样的:
如果域?界于平面z?c1和z?c2?c1?c2?之间,用任一平行于xOy面的平面
z?z去截域
c2c1?
(c1?z?c2)得平面区域
D?z?,则有
????f?x,y,z?dV??dz??f?x,y,z?d?.当被积函数f?x,y,z?仅是z的函数,而截得
D?z?的区域D?z?的面积很容易求得时,特别合用“先二后一”方法.
小结 用不等式组表示空间区域?的“穿线法”是这样进行的:假设空间区域?向xOy面投影得到的投影区域是Dxy,过Dxy中任一点由下向上作平行于z轴的直线穿过空间区域?时可以碰到两个曲面:穿入时碰到的曲面z?f1?x,y?和穿出时离开的曲面z?f2?x,y?,于是变量z的变化范围是f1?x,y??z?f2?x,y?,?x,y??Dxy,然后再根据区域?在xOy面上的投影区域Dxy确定变量y与x的变化范围.当然,用“穿线法”时,也可以将空间区域?向yOz面或zOx面投影,分析方法类似.由于计算三重积分时首先要将三重积分化为三次积分,而化三重积分为三次积分的第一步就是用不等式组表示空间区域,因此,学会用不等式组表示空间区域是非常重要的。
小结 三重积分的计算,可化为先计算一个定积分再计算一个二重积分(或先计算一个二重积分再计算一个定积分),从而也化为计算三个定积分的问题,因此,知乎教育-打造培训界最走心的学校
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其计算步骤与二重积分相似:
(1)作出积分区域的草图,根据其特点和被积函数的特点,选择适当的坐标系极适当的积分次序;
(2)确定积分区域在某一坐标面上的投影区域,找出投影区域的边界曲线方程;
(3)确定积分限,化为三次积分; (4)计算积分.
可见,三重积分计算,其关键仍是正确确定积分分限,而画好积分区域的图形则有助于正确地确定积分限.
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