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二重积分单独讲解.doc

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第九章 重积分 与定积分类似,二重积分的概念也是从实践中抽象出来的,它是定积分的推广,其中的数学思想与定积分一样,也是一种“和式的极限”. 所不同的是:定积分的被积函数是一元函数,积分范围是一个区间;而重积分的被积函数是二元函数或三元函数,积分范围是平面上的一个区域或空间中的一个区域. 它们之间存在着密切的联系,重积分可以通过定积分来计算. 第一节 二重积分的概念与性质 本节主要内容 1 引例 2 二重积分的概念 3 二重积分的性质 讲解提纲: 一、引例 引例1 求曲顶柱体的体积 设有曲顶柱体,它的底是面上的闭区域,侧面是以的边界曲线为准线而母线平行于轴的柱面,顶是曲面,这里且在上连续,求其体积. 引例2 求非均匀平面薄片的质量 设有一平面薄片占有面上的闭区域,它在点处的面密度为,这里且在上连续,求薄片的质量. 二、二重积分的定义: 设是有界闭区域上的有界函数.将闭区域任意分成个小闭区域:,以表示第个小闭区域的面积,以表示的直径,并令.在每个上任取一点,作和式:.如果当时,该积分和的极限存在,则称此极限值为在区域D上的二重积分,记作,即 . 其中称为被积函数,称为积分表达式,称为面积元素,称为积分变量,称为积分区域. 三、二重积分的性质 性质1 设,为常数,则 . 性质2 如果闭区域被有限条曲线分为有限个部分闭区域,则在上的二重积分等于在各部分闭区域上的二重积分的和.例如分为两个闭区域与,则 . 这个性质表示二重积分对于积分区域具有可加性. 性质3 如果闭区域上,,为的面积,则 . 性质4 设在有,则. 性质5 设、分别是在闭区域上的最大值和最小值,为的面积,则有 . 性质6(中值定理)设函数在闭区域上连续,为的面积,则在上至少存在一点,使 . 例题选讲: 例1 不作计算估计的值,其中是圆域:. 解: D .由于,故. 例2估计二重积分的值, 其中积分区域为闭区域(如右图). 解: D . 由于,故, 即. 判断的符号(). 解 当时,. 故.又当时,,于是 . 积分有怎样的符号,其中 . 解: ,如右图:则 原式= < = . 比较积分与的大小,其中D是圆域: . 解: 的边界为圆周:,它与轴交于点,与直线相切,而域位于直线的上方, 上,从而 . 课堂练习 1.将二重积分定义与定积分定义进行比较, 找出它们的相同之处与不同之处. 2.试用二重积分表示极限. 第二节 二重积分的计算 本节主要内容 1利用直角坐标系计算二重积分 2利用极坐标系计算二重积分 讲解提纲: 一、利用直角坐标系计算二重积分 对型区域:,有 ; 对型区域:,有 . 注:(1)有的情况下积分区域既是型区域又是型区域(如右图),不妨设为  , 则 . 为计算方便,可以选择积分次序,在必要时也可交换积分次序. (2)若积分区域较复杂,可将其分成若干个互不相交的型区域或型区域.如右图中:,则有 . (3)利用被积函数的奇偶性及积分区域D的对称性,常会大大化简二重积分的计算. 设函数在闭区域D上连续,且关于轴对称,位于轴上方的部分记为,则在上 若,则; 若,则. 当区域关于轴对称,函数关于变量有奇偶性时有类似的结果. 在利用这种方法时,要同时兼顾到被积函数的奇偶性和积分区域D的对称性两方面. 例题选讲: 例1计算其中D是 由直线及所围成的闭区域; 由抛物线和直线所围成的闭区域. 解: 解法1. D看作X–型区域, . 于是, . 解法2. D看作Y–型区域, . 于是,. 为计算简便,先对 x 后对 y 积分,则 .于是, . 例2 计算, 其中是直线和所围成的闭区域. 解: D既是X–型区域,又是Y–型区域, X–型区域做法简单,于是 . 例3 求其中D为. 分析:当被积函数中有绝对值时,要考虑积分域中不同范围脱去绝对值符号.将分为两部分和. 解:. 例4求两个底圆半径都等于R的直交圆柱面所围成的立体的体积. 解:设这两个圆柱面的方程分别为:和.利用立体关于坐标平面的对称性,只须求出它在第一卦限部分的体积,然后再乘以8就行了.由于,于是, 从而,所求立体的体积为. 例5 交换下列二次积分的积分次序 (1); 解:, . 故 原式. (2). 解: 和. 将视为Y–型区域 , , 于是,. 例6 证明: . 证明: . 例7 计算其中积分区域由曲线与所围成. 解:令,(如图所示). 显然在上,;在上,.于是, . 二、利用极坐标

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