二重积分的计算法ppt课件.ppt
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1、1利用直角坐标系计算二重积分利用直角坐标系计算二重积分小结思考题小结思考题 作业作业利用极坐标系计算二重积分利用极坐标系计算二重积分double integral二重积分的换元法二重积分的换元法第二节第二节 二重积分二重积分的计算法的计算法第九章第九章 重积分重积分2本节介绍计算二重积分的方法本节介绍计算二重积分的方法:二重积分化为二重积分化为累次积分累次积分( (即两次定积分即两次定积分).).二重积分的计算法二重积分的计算法3(1) 积分区域积分区域为:为:, bxa ).()(21xyx 其中函数其中函数 、)(1x )(2x b)(2xy )(1xy aDX型型,ba在区间在区间 上连
2、续上连续.二重积分的计算法二重积分的计算法一、利用直角坐标系计算二重积分一、利用直角坐标系计算二重积分xOyxOy)(1xy )(2xy Dba4的值等于的值等于)0),(d),( yxfyxfD 计算截面面积计算截面面积),(yxfz ( 红色部分即红色部分即A(x0) )二重积分的计算法二重积分的计算法以以D为底为底,以曲面以曲面为顶的曲顶柱体的体积为顶的曲顶柱体的体积.应用计算应用计算“平平行截面面积为行截面面积为已知的立体求已知的立体求体积体积”的方法的方法.用二重积分的几何意义说明其计算法用二重积分的几何意义说明其计算法是区间是区间)(),(0201xx 为曲边的曲边梯形为曲边的曲边
3、梯形.),(0yxfz 为底为底,曲线曲线 xyzO),(yxfz D)(1xy )(2xy ab0 x)(0 xA5是区间是区间 为底为底,)(),(0201xx 曲线曲线 为曲边为曲边 的曲边梯形的曲边梯形.),(0yxfz )(01x ,bax yyxfxAxxd),()()()(21 有有: DyxfV d),( baxxAd)(xbad 二重积分的计算法二重积分的计算法)d),()()(21 xxyyxf )(02x yyxfxAd),()(00 先对先对y后对后对x的二次积分的二次积分称为称为累次积分累次积分. . Dyxf d),( baxxyyxfx)()(21d),(d xy
4、zO),(yxfz D)(1xy )(2xy ab0 x)(0 xA6(2) 积分区域积分区域为:为:,dyc )()(21yxy D)(2yx cd)(1yx Y型型 Dyxf d),(先对先对x后对后对y的二次积分的二次积分也即也即 dcyyxyxfy)()(21d),(d Dyxf d),(二重积分的计算法二重积分的计算法其中函数其中函数 、)(1y )(2y ,dc在区间在区间 上连续上连续.xOyxOyD)(2yx cd)(1yx dcyd)d),( xyxf)(1y )(2y 7特殊地特殊地 Dbadcyyxfxyxfd),(dd),( badcxyxfyd),(d如如D是上述矩形
5、域是上述矩形域, )()(),(21yfxfyxf 且且得得 yxyfxfDdd)()(21即等于两个定积分的乘积即等于两个定积分的乘积.注注D为矩形域为矩形域:则则则则)(1xfaxb,cyd baxxfd)(1yyfdcd)(2 二重积分的计算法二重积分的计算法yyfdcd)(2 yyfxfdcd)()(21 ba(xd) ba(xd)8穿过区域且平行于穿过区域且平行于y轴的直线轴的直线穿过区域且平行于穿过区域且平行于x轴的直线轴的直线abdc 计算结果一样计算结果一样.又是又是Y型型:(3)积分区域积分区域D既是既是X型型:, bxa )()(21xyx , dyc )()(21yxy
6、X型区域的特点型区域的特点:Y型区域的特点型区域的特点:与区域边界相交不多于两个交点与区域边界相交不多于两个交点.与区域边界相交不多于两个交点与区域边界相交不多于两个交点.但可作出但可作出适当选择适当选择.二重积分的计算法二重积分的计算法xyO9(4) 若区域如图若区域如图,在分割后的三个区域上分别在分割后的三个区域上分别使用积分公式使用积分公式. D(用积分区域的可加性质用积分区域的可加性质)D1、D2、D3都是都是X型区域型区域则则必须分割必须分割. 321DDD二重积分的计算法二重积分的计算法xyO3D2D1D10 xyO例例解解 Dyxyxdd)(2xxxxxxd)(21)(42102
7、 .14033 积分域既是积分域既是X型又是型又是Y型型 22xyyx yyxd)(2 10dx法一法一)0 , 0(),1 , 1(所围平面闭区域所围平面闭区域.和和是抛物线是抛物线其中其中求求22,dd)(xyDyxyxD 2yx 两曲线的交点两曲线的交点2xx二重积分的计算法二重积分的计算法2xy 2yx )1 , 1( 11先对先对x后对后对y的积分的积分 Dyxyxdd)(214033 10dy法二法二 xyxd)(22yy二重积分的计算法二重积分的计算法 Dyxyxdd)(2xyO2xy 2yx )1 , 1( 12例例yyxxdsind1012 siny2 对对y的积分的积分而它
8、对而它对x的积分的积分交换积分次序交换积分次序的方法是的方法是:改写改写D为为:oxy 分析分析所以将所以将二次积分二次积分先先将所给的积分域将所给的积分域(1)(2) 画出积分域的草图画出积分域的草图(3)计算二次积分计算二次积分不能用基本积分法算出不能用基本积分法算出,xy )1 , 1(可用基本积分法算出可用基本积分法算出.交换积分次序交换积分次序. .用联立不等式表示用联立不等式表示 D:, 10 x1 yx, 10 yyx 0二重积分的计算法二重积分的计算法13yyxxdsind1012 yxyyd)(sin0102 yyydsin102 2102dsin21yy )1cos1(21
9、 xyydsin02 10dyoxyxy )1 , 1(, 10: yDyx 0二重积分的计算法二重积分的计算法14例例 交换积分次序:交换积分次序:解解 积分区域积分区域: xxxyyxfxyyxfx20212010d),(dd),(d2原式原式= 10dyy 2 xyxfd),(211y 二重积分的计算法二重积分的计算法22xxy xy 2xyO1215例例axy2 22xaxy 22yaax 解解原式原式= xyxfd),(交换积分次序:交换积分次序: axxaxayyxfx22202d),(d)0( a yday22xyxfd),( 22yaa 0aa222yaa yd0a xyxfd
10、),( yda2ay22a2a二重积分的计算法二重积分的计算法xyOaa2aa2ayx22 16交换积分次序的步骤交换积分次序的步骤 (1) 将已给的二次积分的积分限得出相将已给的二次积分的积分限得出相应的二重积分的积分区域应的二重积分的积分区域,(2) 按相反顺序写出相应的二次积分按相反顺序写出相应的二次积分.并画出草图并画出草图;二重积分的计算法二重积分的计算法17二重积分的计算法二重积分的计算法二次积分一定能交换次序二次积分一定能交换次序答答 不一定不一定!例如例如: .0, 0,0,)(),(222222222时时当当时时当当设设yxyxyxyxyxf,d ),(d10101yyxfx
11、I 由于由于 22yxyy故故 yyxfd),(10 102d11xx yyxfxId ),(d10101所以所以,4 ),(yxf10arctan x yyxyyd1022 1022yxy;112 x18二重积分的计算法二重积分的计算法例如例如: .0, 0,0,)(),(222222222时时当当时时当当设设yxyxyxyxyxf yyxfxId ),(d10101,4 ,d ),(d10102xyxfyI 由于由于 22yxxx故故 xyxfd),(10 yy102d11所以所以.4 xyxfyId ),(d10102 yyxfxd ),(d1010.d ),(d1010 xyxfy )
12、,(yxf xyxxxd1022 1022yxx;112y 10arctan y 说明说明: :当当f (x, y)在所考虑的区域上连续时在所考虑的区域上连续时,二次积分可以交换积分次序二次积分可以交换积分次序.191990 年研究生考题年研究生考题, 填空填空, 3分分)(dd2202 yexxy)1(214 exy xoy22解解yexxydd2202 xeyyydd0202 200d2yxeyyyyeyd202 )(d212202yey )1(214 e二重积分的计算法二重积分的计算法交换积分次序交换积分次序20又是能否进行计算的问题又是能否进行计算的问题. .计算二重积分时计算二重积分
13、时, , 恰当的选取积分次序恰当的选取积分次序十分重要十分重要, , 它不仅涉及到计算繁简问题它不仅涉及到计算繁简问题, , 而且而且凡遇如下形式积分凡遇如下形式积分: :,dsinxxx ,d2xex ,lnd xx等等等等, ,一定要放在一定要放在后面积分后面积分. .,dsin2xx ,dcos2xx ,d2xex ,dxexy 二重积分的计算法二重积分的计算法21例例 求证求证 axaxxfxayyfx000d)()(d)(d 左边的累次积分中左边的累次积分中,积分域积分域可表为可表为提示提示 xayyfx00d)(d ayaxyfyd)(d0 ayyfya0d)()( axxfxa0
14、d)()(定积分与积分变量的记法无关定积分与积分变量的记法无关不能具体计算不能具体计算.所以所以,)(yf是是y的抽象函数的抽象函数,)0( a,0ax xy 0,0ay axy aayyxyf0d)(证毕证毕.先交换积分次序先交换积分次序. .二重积分的计算法二重积分的计算法axyOa),(aa 22例例 求两个底圆半径为求两个底圆半径为R,且这两个圆柱面的方程且这两个圆柱面的方程分别为分别为 及及222Ryx .222Rzx 解解 d DyxRd22 332R 313168RVV d),(1 DyxfV22xRy 222Rzx 立立体体顶顶部部222Ryx 立体底部立体底部求所围成的求所围
15、成的立体的体积立体的体积.xoyzoxyDR22xR 22xR 0 xd0R二重积分的计算法二重积分的计算法22xRz 曲曲顶顶还有别的做法吗还有别的做法吗23二重积分的计算法二重积分的计算法2002 年研究生考题年研究生考题, 7分分计算二重积分计算二重积分,dd,max22 Dyxyxe其中其中.10 , 10),( yxyxDxyO 解解 112D1D设设, 10),( 1 xyxDxy 0, 10),( 2 xyxD1 yx Dyxyxedd,max22 122dd,maxDyxyxe 222dd,maxDyxyxe 12ddDxyxe 22ddDyyxe xxyex010dd2 yy
16、xey010dd2. 1 e xxyex010)dd2(2或或24解解 121d)(xeexxee2183 xeyxeyIyyxyyxydddd121212141 计算积分计算积分xexyd 不能用初等函数表示不能用初等函数表示,先交换积分次序先交换积分次序.yexyd x2x xd I211二重积分的计算法二重积分的计算法112141xy 2xy 21Oxy25i ii i iiii )2(21iiiii 2)(iii :i 两相邻弧半径平均值两相邻弧半径平均值. i 内取圆周内取圆周i 上一点上一点其直角坐标其直角坐标, ii),(ii iii 2)(21ii 221则则设为设为二重积分的
17、计算法二重积分的计算法二、利用极坐标系计算二重积分二、利用极坐标系计算二重积分OADi ii i ),(ii 26得得 iiinif ),(lim10即即 Dyxf d),( Dyxyxfdd),(也即也即 dd极坐标系中的面积元素极坐标系中的面积元素,cosiii iii sin iiii Df dd)sin,cos( Df dd)sin,cos( nif1(,cosii iii )sinii 0lim 二重积分的计算法二重积分的计算法27 )(1 )(2 Df dd)sin,cos(1) 积分区域积分区域D:, )()(21 AO)(1 )(2 D d)(1 d)sin,cos(f)(2
18、二重积分的计算法二重积分的计算法OAD28D )( )(0d)sin,cos(d f(2)积分区域积分区域D(曲边扇形曲边扇形):, )(0 Df dd)sin,cos(AOAO )( 二重积分的计算法二重积分的计算法D 29 Df dd)sin,cos( )(020d)sin,cos(d f极坐标系极坐标系下区域的下区域的面积面积 D dd(3) 积分区域积分区域D:,20 )(0 DoA)( 注注一般一般,在极坐标系下计算在极坐标系下计算:积分积分再对再对先对先对 二重积分的计算法二重积分的计算法30解解 sincosyx Dyxyxfdd),( d)sin,cos(df例例 写出积分写出
19、积分的的极坐标二次积分极坐标二次积分 Dyxyxfdd),(其中积分区域其中积分区域形式形式,10 ,11),(2 xxyxyxD在极坐标系下在极坐标系下圆方程为圆方程为1 直线方程为直线方程为 sincos1 1 cossin1 02 二重积分的计算法二重积分的计算法yxO11122 yx1 yxD31解解yxeDyxdd22 ae020dd2 )1(2ae a例例 计算计算,dd22yxeDyx 其中其中D是由中心在原点是由中心在原点,半径为半径为a的圆周所围成的闭区域的圆周所围成的闭区域.在极坐标系下在极坐标系下:D,20 a 0二重积分的计算法二重积分的计算法xOy32R2解解0, 0
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