二重积分的计算法

 

直角坐标系中的计算方法
   这里我们采取的方法是累次积分法。也就是先把x看成常量,对y进行积分,然后在对x进行积分,或者是先把y看成常量,对x进行积分,然后在对y进行积分。为此我们有积分公式,如下:
               
           或  
   在这里我们可能会有这个问题:累次积分的上下限是怎么确定的呢?
   累次积分上下限的确定方法
   我们先来对区域作些补充说明:如果经过区域(σ)内任意一点(即不是区域边界上的点)作平行于y轴(或x轴)的直线,且此直线交(σ)的边界不超过两点,那末称(σ)为沿y轴(x轴)方向的正规区域.如果(σ)即是沿y轴方向也是沿x轴方向的正规区域,那末(σ)就称为正规区域.下图所示的即为正规区域:
                                 
   关于累次积分上下限的取法如下所述:
   (1).如果(σ)为沿y轴方向的正规区域,那末二重积分可化为先对y再对x的累次积分.其中对y的积分下限是(σ)的下部边界曲线所对应的函数y1(x),积分上限是上部边界曲线所对应的函数y2(x).对x的积分下限与上限分别是(σ)的最左与最右点的横坐标a与b.
   (2).如果(σ)为沿x轴方向的正规区域,那末二重积分可化为先对x再对y的累次积分.其中对x的积分下限是(σ)的左部边界曲线所对应的函数x1(y),积分上限是右部边界曲线所对应的函数x2(y).对y的积分下限与上限分别是(σ)的最低与最高点的横坐标c与d.
   (3).如果(σ)为正规区域,那末累次积分可以交换积分次序。
   (4).如果(σ)既不是沿y轴方向的正规区域,也不是沿x轴方向的正规区域,那末总可以把它化分成几块沿y轴方向的正规区域或沿x轴方向的正规区域,然后根据积分的性质即可求解积分.
   例题:求二重积分,其中(σ)是由所围成的区域。
   解答:因为是正规区域,所以我们可先对y后对x积分,也可先对x后对y积分。这里我们采用前者
         先对y后对x积分:
                 
极坐标系中的计算法
   如果二重积分的被积函数和积分区域(σ)的边界方程均由极坐标的形式给出,那末我们如何计算呢?下面我们给出极坐标系中二重积分的计算公式.
   如果极点O在(σ)的外部,区域(σ)用不等式表示为R1(θ)≤ρ≤R2(θ),α≤θ≤β,则积分公式如下:
                 
   如果极点O在(σ)的内部,区域(σ)的边界方程为ρ=R(θ),0≤θ≤2π,则积分公式如下:
                 
   如果极点O在(σ)的边界上,边界方程为ρ=R(θ),θ1≤θ≤θ2,则积分公式如下:
                 
   有了上面这些公式,一些在直角坐标系中不易积出而在极坐标系中易积出的函数,我们就可以把它转化为在极坐标系中的积分即可,反之依然。
   注:直角坐标与极坐标的转换公式为:
                  
   例题:,其中(σ)是圆环a2≤x2+y2≤b2
   解答:由于积分域由同心圆围成以及被积函数的形式,显然,这个二重积分化为极坐标计算比较方便。
         把,dσ=ρdρdθ代入,即可转化为极坐标系的积分形式。如下:
                  
         在对其进行累次积分计算:
                  

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