9.2-1利用直角坐标计算二重积分
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直角坐标系下二重积分的计算二重积分是数学中的一种重要的积分形式,常用于计算平面区域上的物理量的总量。
在直角坐标系下,二重积分的计算可以通过将被积函数表示为被积函数关于自变量的函数进行积分的累次积分方式来进行。
设在平面上有一个闭合区域D,我们要计算函数f(x,y)在该区域上的积分,即要计算二重积分∬Df(x,y)dxdy。
二重积分的计算可以通过转化为极坐标下的积分来简化。
设在直角坐标系下,点(x,y)的极坐标为(r,θ),则x=r*cosθ,y=r*sinθ。
对于被积函数f(x,y),若能将其表示为关于极坐标的函数f(r,θ)时,就可以方便地进行极坐标下的积分计算。
此时二重积分可以写为∬Df(r,θ)rdrdθ。
要在直角坐标系下计算二重积分,有两种常用的方法:直接法和间接法。
一、直接法:假设被积函数为f(x,y),而积分区域D的边界方程为g(x,y)=0(边界方程可以是函数表达式或者隐函数表达式),那么二重积分可以按照以下步骤进行计算:1.求出区域D的边界方程g(x,y)=0,并确定积分区域D的内部。
2.将被积函数f(x,y)表示为关于x和y的函数。
3.对于区域D内部的任意一点(x,y),可以用参数方程表示为x=x(t),y=y(t)(通常情况下选取参数t为角度θ,即x=r*cosθ,y=r*sinθ)。
4.计算被积函数在参数方程的变换下的雅可比行列式,即计算J =dx/dt * dy/dt。
根据换元公式,二重积分可以转化为参数方程下的积分,如下所示:∬Df(x,y)dxdy = ∫∫f(x(t),y(t))*Jdtdt。
5.计算在变换后的区域D'上的二重积分:∬D'f(x(t),y(t))Jdtdt。
二、间接法:假设被积函数为f(x,y),而积分区域D的边界方程为g(x,y)=0(边界方程可以是函数表达式或者隐函数表达式),那么二重积分可以按照以下步骤进行计算:1.求出区域D的边界方程g(x,y)=0,并确定积分区域D的内部。
直角坐标系下二重积分的计算二重积分是一个非常重要的数学概念,在多种实际的问题中都得到了广泛应用。
通过对直角坐标系下二重积分的计算,可以深入地理解这个概念的含义。
在本篇文章中,我们将对直角坐标系下二重积分的计算进行详细的讲解。
一、二重积分的定义在直角坐标系下,二重积分可以定义为:如果在平面上有一个区域D,在D中每一点(x,y)都有一个实数f(x,y),那么二重积分可以表示为:∬Df(x,y)dxdy其中,dxdy是对x和y的区域积分。
从数学上来讲,二重积分可以看做是对一个多元函数在一个二维区域上的积分。
在物理学、工程学和经济学等领域中,二重积分可以用来计算物体的质量、电荷或利润等量。
二、二重积分的计算接下来,我们将具体介绍如何计算直角坐标系下的二重积分。
1、以矩形为例当区域D为矩形时,可以使用以下公式进行求解:∬Df(x,y)dxdy=∫ab[∫cd f(x,y)dy]dx其中,a、b、c和d是矩形的四个顶点。
从右到左积分是对x的积分,从下到上积分是对y的积分。
这个公式建立在f(x,y)在矩形D内是连续函数的条件下。
如果f(x,y)不连续,那么需要将图形分割成多个子区域,再对每个子区域使用上述公式求解。
如果积分上下限为定值,则直接将定值带入公式中进行计算。
2、以圆形为例当区域D为圆形时,可以使用以下公式进行求解:∬Df(x,y)dxdy=∫0R[∫0 2πf(rcosθ,rsinθ)rdθ]dr其中,R是圆的半径,r是极径。
θ是极角,取值从0到2π。
这个公式建立在f(x,y)在圆形D内是连续函数的条件下。
如果不连续,需要将圆形分割成多个区域,再对每个区域使用上述公式求解。
3、以三角形为例当区域D为三角形时,可以使用以下公式进行求解:∬Df(x,y)dxdy=∫a b[∫c(x)(d(x)−c(x))/b a f(x,y)dy]dx 其中,a和b是三角形底边的两个端点。
c(x)是左侧斜线的端点函数,d(x)是右侧斜线的端点函数。