编号：2006 －2007 学年第一学期期中考试开课学院理学院课程高等数学（上）学时96考试日期2006/11/17 时间 2 小时考试形式（闭）（A）卷2. 命题教师和审题教师姓名应在试卷存档时填写。
共6 页第1 页二、选择题（2384'=⨯'）1、若1)11(lim2=---++∞→baxxxx，则（）A. 1,1=-=ba；B. 0,1==ba；C. 0,1=-=ba；D. 1,1==ba。
2、设)1(||)(22--=xxxxxf，则以下结论中错误的是（）A. 1,0,1==-=xxx为)(xf的间断点； B. 1-=x为无穷间断点；C. 0=x为可去间断点； D. 1=x为第一类间断点。
3、设⎪⎩⎪⎨⎧≤>-=),(,cos1)(2xxgxxxxxf，其中)(xg是有界函数，则)(xf在0=x处（）A. 极限不存在；B. 极限存在，但不连续；C. 连续，但不可导；D. 可导。
4、曲线0=+-yx eexy在0=x处的切线方程为（）A. xy=；B. 1+=xy；C. 12+=xy；D. 1-=xy。
5、设)(xf在0=x的某领域内可导，且0)0(='f，又21)(lim='→xxfx，则（）A. )0(f一定是)(xf的极大值；B. )0(f一定是)(xf的极小值；C. )0(f一定不是)(xf的极值；D. 不能确定)0(f是否为)(xf的极值。
6、有一容器如图所示，假定以匀速向容器内注水，)(th为容器内水平面高度随时间变化的规律，则能正确反映)(th'变化状态的曲线是（）A. B. C. D.7、设函数13)(3--=xxxf，则方程0)(=xf（）A. 在)1,0(内有实根；B. 在)0,1(-内没有实根；C. 在),0(+∞内有两个不同的实根；D. 在)0,(-∞内有两个不同的实根。
8、设在]1,0[上0)(>''xf，则)0()1(),1(),0(ffff-''的大小顺序是（）A. )1()0()1()0(ffff'<-<'； B. )0()0()1()1(ffff'<-<'；C. )0()1()0()1(ffff'<'<-； D. )0()1()1()0(ffff-<'<'。
模拟试卷一―――――――――――――――――――――――――――――――――― 注意：答案请写在考试专用答题纸上，写在试卷上无效。
（本卷考试时间100分）一、单项选择题（每题3分，共24分）1、已知平面π：042=-+-z y x 与直线111231:-+=+=-z y x L 的位置关系是（ ） （A ）垂直 （B ）平行但直线不在平面上（C ）不平行也不垂直 （D ）直线在平面上 2、=-+→→1123lim0xy xy y x （ ）（A ）不存在 （B ）3 （C ）6 （D ）∞3、函数),(y x f z =的两个二阶混合偏导数y x z ∂∂∂2及xy z∂∂∂2在区域D 内连续是这两个二阶混合偏导数在D 内相等的（ ）条件.（A ）必要条件 （B ）充分条件（C ）充分必要条件 （D ）非充分且非必要条件 4、设⎰⎰≤+=ay x d 224πσ，这里0 a ，则a =（ ）（A ）4 （B ）2 （C ）1 （D ）0 5、已知()()2y x ydydx ay x +++为某函数的全微分，则=a （ ）（A ）-1 （B ）0 （C ）2 （D ）16、曲线积分=++⎰L z y x ds222（ ），其中.110:222⎩⎨⎧==++z z y x L（A ）5π（B ）52π （C ）53π （D ）54π7、数项级数∑∞=1n na发散，则级数∑∞=1n nka（k 为常数）（ ）（A ）发散 （B ）可能收敛也可能发散（C ）收敛 （D ）无界 8、微分方程y y x '=''的通解是（ ）（A ）21C x C y += （B ）C x y +=2（C ）221C x C y += （D ）C x y +=221 二、填空题（每空4分，共20分）1、设xyez sin =，则=dz 。
2、交换积分次序：⎰⎰-222xy dy e dx = 。
第九章 重积分第一节 重积分的概念与性质1.选择设21()d DI x y =+σ⎰⎰,32()d DI x y =+σ⎰⎰,（1）若D 由x 轴、y 轴与直线1x y +=围成,则在D 上B . A .23()()x y x y +≤+; B .23()()x y x y +≤+; 由二重积分的性质可知,A .A .12I I ≥;B .12I I ≤;C .12I I =; （2）若D 由圆周22(2)(1)2x y -+-=围成,则B . A .12I I ≥; B .12I I ≤; C .12I I =; 2.填空设(,)d DI f x y =σ⎰⎰,（1）若(,)1f x y x y =++,域D 为01x ≤≤,02y ≤≤,则在D 上,(,)f x y 的最小值为1,最大值为4;由二重积分的性质可知,28I ≤≤;（2）若22(,)49f x y x y =++,域D 为224x y +≤,则在D 上,(,)f x y 的最小值为9,最大值为25,因此36100I π≤≤π.3.设12231()d D I x y =+σ⎰⎰,其中1D 是矩形闭区域：11x -≤≤,22y -≤≤;22232()d D I x y =+σ⎰⎰,其中2D 是矩形闭区域：01x ≤≤,02y ≤≤,试利用二重积分的几何意义说明1I 与2I 之间的关系.解 设函数223(,)()f x y x y =+,则积分1(,)d D f x y σ⎰⎰的几何意义是在矩形域1D 上以曲面(,)z f x y =为曲顶的曲顶柱体体积. 由于域1D 关于0x =（即y 轴）对称,而函数(,)f x y 是x 的偶函数（即曲面(,)z f x y =关于yOz 面对称）,因此1(,)d D f x y σ⎰⎰=2(,)d D f x y *σ⎰⎰ ,其中域D *为01x ≤≤,2y ≤. 同理,D *关于0y =对称,(,)f x y 是y 的偶函数,因此,(,)d D f x y *σ⎰⎰=22(,)d D f x y σ⎰⎰于是1(,)d D f x y σ⎰⎰=42(,)d D f x y σ⎰⎰,即124I I =.第二节 二重积分的计算1.填空（1）改变积分次序 eln 10d (,)d x x f x y y ⎰⎰=14d (,)d y ey f x y x ⎰⎰.（2）改变积分次序 I =22200d (,)d x x f x y y ⎰⎰+2(,)d x f x y y ⎰⎰2若(,)f x y xy =,则I =103. （3）设D ：15y ≤≤,5y x ≤≤,则应把二重积分d d ln Dx yI y x=⎰⎰化为先对y 后对x 的二次积分I =5111d d ln x x y y x⎰⎰=4. （4）二重积分20d xx f y ⎰⎰=π2sec 3π04d ()d f r r r θθ⎰⎰.（5）二重积分211222d ()d xxx x y y -+⎰⎰=2πsin 4cos1d d r r rθθθ⋅⎰⎰ =π42sin d cos θθθ⎰1. 2.画出积分区域,并计算下列二重积分.（1）22()d Dx y -σ⎰⎰,其中D 是闭区域0sin y x ≤≤,0πx ≤≤.解 原式=πsin 22d ()d x x x y y -⎰⎰=3π2sin (sin )d 3xx x x -⎰=2πππ3π000011cos 2sin 2cos [cos cos ]33x x x x x x x -+++-=240π9-. （2）d Dx y ⎰⎰,其中D 是由直线y x =,1x =-,1y =所围成的闭区域.解 将D 视为X -型区域,则D ：1x y ≤≤,11x -≤≤. 原式=111d xx y -⎰⎰=31222111(1)d 3xx y x --+-⎰=1302(1)d 3x x --⎰=12.（3）e d d x y Dx y +⎰⎰,其中D 是由不等式1x y +≤,0x ≥所确定的闭区域. 解 原式=1101d e d x x y x x y -++-⎰⎰=111d x yy x y x e x +=-+=-⎰=1210(e e )d x x --⎰=e 122e+.易犯的错误是：认为积分区域D 是关于x 轴对称的,因此原积分等于在域D 内第一象限 部分域上积分的2倍,即原式=21e d x y D +σ⎰⎰ , 1D =01,01.x y x ≤≤⎧⎨≤≤-⎩此解错在没有被积函数的奇偶性,只有积分区域的对称性,就乱用对称性简化计算. （4）cos d Dx x σ⎰⎰,其中D 是由曲线0y =,y x =和π6x =围成的闭区域. 解 cos d Dx x σ⎰⎰=π600cos d d x x x y x ⎰⎰=π60cos d x x ⎰=12. 3.计算积分222d e d y xx y -⎰⎰的值.解 由于函数2e y -的原函数不是初等函数,故需交换积分次序,积分区域D 为由0,2,x y y x ===所围成的区域,故原式=2ed d y Dx y -⎰⎰=220d ed yy y x -⎰⎰=220e d y y y -⎰=221e 2y--=41(1e )2--. 4.设D 为以点(1,1),(1,1),(1,1)---为顶点的三角形,1D 为D 在第一象限部分,试将(cos sin )dd Dxy x y x y+⎰⎰化为1D 上的积分. 解 如图9.1所示,将积分区域分为1D '与2D '两部分,其中1D '为三角形AOB ,2D '为三角形BOC .显然1D '关于y 轴对称,2D '关于x 轴对称,又因为 函数xy 关于x ,y 均为奇函数,所以1d d D xy x y '⎰⎰=0, 2d d D xy x y '⎰⎰=0.故 d d Dxy x y ⎰⎰=1d d D xy x y '⎰⎰+2d d D xy x y '⎰⎰=0.又函数cos sin x y 关于x 为偶函数,关于y数, 所以1cos sin d d D x y x y '⎰⎰=21cos sin d d D x y x y ⎰⎰,2cos sin d d D x y x y '⎰⎰=0.综上所述,(cos sin )d d Dxy x y x y +⎰⎰=21cos sin d d D x y x y ⎰⎰.5.证明：()0d e ()d a y m a x y f x x -⎰⎰=()0()e ()d am a x a x f x x --⎰.分析 因为欲证等式的左端为累次积分,等式右端为定积分,因此,应从左端出发证明， 作一次积分,化为定积分,使之与右端定积分相等. 但原累次积分的被积函数含有抽象函数,无法关于x 先积分,故考虑改变积分次序.解 ()0d e ()d aym a x y f x x -⎰⎰=()0e ()d d aam a x xf x x y -⎰⎰=()0()e ()d am a x a x f x x --⎰.6.求下列空间域Ω的体积.（1）由四个平面0,0,1,1x y x y ====所围成的柱体被平面0z =及236x y z ++=截得的立体.解 曲顶柱体以{(,)|01,01}D x y x y =≤≤≤≤为底,以623z x y =--为顶面,故所求立体体积(623)d d DV x y x y =--⎰⎰=1100d (623)d x x y y --⎰⎰=103(62)d 2x x --⎰=6-1-32=72.（2）由曲面222z x y =+及2262z x y =--围成的立体. 解 两曲面的交线满足方程组 消去z ,得222x y +=.所求立体的体积21()d DV z z =-σ⎰⎰=2222[(62)(2)]d Dx y x y ---+σ⎰⎰图 9.1=322(2)d Dx y --σ⎰⎰=32π20d )d θ-ρρρ⎰⎰=426π(4ρ⋅ρ-=6π.7.画出积分区域,并且把积分(,)d d Df x y x y ⎰⎰表示为极坐标形式的二次积分,其中积分区域D 是：（1） 20y x ≤≤, 01x ≤≤;解 积分区域如图9.2(a)所示,其边界曲线2y x =及1x =在极坐标下的方程分别为2sin cos θρ=θ及1cos ρ=θ. 原积分=2π14cos sin 0cos d (cos ,sin )d f θθθθρθρθρρ⎰⎰易犯的错误是：积分区域如图9.2(b)所示.原积分=π14cos 00d (cos ,sin )d f θθρθρθρρ⎰⎰.此错误是由作图不准确造成的.（2）由曲线y =,y =y x =-围成的闭区域（0a >）.解 积分区域如图9.3所示,曲线y =及y =在极坐标下的方程分别为r a =及cos r a =θ. 原积分=π20cos d (cos ,sin )d a a f θθρθρθρρ⎰⎰+3π4π02d (cos ,sin )d af θρθρθρρ⎰⎰.图 9.2（a ） 图 9.2（b ）图 9.3易犯的错误是：原积分=3π40cos d (cos ,sin )a a f d θθρθρθρρ⎰⎰.8.计算()d d DI x y x y =+⎰⎰,其中D ：224x y +≤.解 积分区域关于x 轴,y 轴均对称,被积函数x y +关于x ,y 均为偶函数,故 I =41()d d D x y x y +⎰⎰（1D 为D 位于第一象限的部分）=4π2220d (cos sin )d θθ+θρρ⎰⎰=643. 9.选择适当的坐标计算下列各题.（1）d Dx y ⎰⎰,其中D 是圆环形闭区域：2222π4πx y ≤+≤.解 原式=2π2ππd sin d θρ⋅ρρ⎰⎰=2ππ2[cos sin ]π-ρρ+ρ=26π-.（2）2d d y Dxe x y -⎰⎰,其中D 是由曲线24y x =和29y x =在第一象限所围成的区域.解 2d d y Dxex y -⎰⎰=2d d y y xe x +∞-⎰=201()d 249y y y e y +∞--⎰ =205d 72y ye y +∞-⎰=5144. （3）arctan d d Dyx y x ⎰⎰,D 是由圆周22224,1x y x y +=+=,及直线0,y y x ==所围成的在第一象限内的区域.解 arctan d d Dy x y x ⎰⎰=2401d d πθθ⋅ρρ⎰⎰=23π64.（4） 22()d d Dx y x y +⎰⎰,其中D 是由直线y x =,y x a =+,y a =,3(0)y a a =>所围成的闭区域.解 原式=322d ()d ay a y ay x y x -+⎰⎰=232d []3a a y a ax y y x -+⎰=23321[()]d 33a ay y a y a y --+⎰=4433()[]12123aa y y a a y --+ =414a.易犯的错误时：认为积分区域如图9.4 所示. 原式=220d ()d ax a ax x y y ++⎰⎰+3322d ()d a aaxx x y y +⎰⎰.此错误是由画图不准确造成的.（5） d d Dy x y ⎰⎰,其中D 是直线2x =-,0y =,2y =及曲线x =区域.解1 区域D 及1D 如图9.5所示,有 d d Dy x y ⎰⎰=1d d D D y x y +⎰⎰-1d d D y x y ⎰⎰ =02π2sin π22d d d sin x y y d θ--θρθ⋅ρρ⎰⎰⎰⎰=4-428sin d 3ππθθ⎰=4-2811cos 4(1cos 2)d 342ππ+θ⋅-θ+θ⎰ =4-2π. 解2 如图9.5所示,{(,)|22}D x y x y =-≤≤≤≤, d d Dy x y ⎰⎰=202d y y x -⎰⎰=222d y y y -⎰⎰=4-2y ⎰令y-1=s i nt π22π24(1sin )cos d t t t --+⎰=4-π2. 10.求由圆2ρ=和心形线2(1cos )ρ=+θ所围图形（在圆外部分）的面积.解 由2(1cos )2ρ=+θ⎧⎨ρ=⎩得交点：0π2θ=±,02ρ=.面积A =d d Dρρθ⎰⎰=π2(1+cos θ)2π22d d -θρρ⎰⎰图 9.4图 9.5=π22π22[cos θ+2cos ]d -θθ⎰=1π4[2]22⋅+=8π+.11.设平面薄片所占的闭区域D 是由螺线2ρ=θ上一段弧π(0)2≤θ≤与直线π2θ=所围成,它的面密度22(,)x y x y μ=+.求此薄片的质量.解 质量M =(,)d Dx y μσ⎰⎰=22()d Dx y +σ⎰⎰=π2320d d θθρρ⎰⎰=π4204d θθ⎰=5π40. 第三节 三重积分的计算1.化(,,)d d d I f x y z x y z Ω=⎰⎰⎰为三次积分,其中积分区域Ω分别是：（1）由双曲抛物面xy z =及平面10x y +-=,0z =所围成的闭区域. （2）由曲面22z x y =+,2y x =及平面1y =,0z =所围成的闭区域.解 （1）由0z xyz =⎧⎨=⎩消去z ,得0xy =,即0x =或0y =.因此空间域是以0z =为下曲面,z xy =为上曲面,侧面是柱面0x =,0y =,10x y +-=.因此原式=1100d d (,,)d x xy x y f x y z z -⎰⎰⎰.（2）积分区域Ω可表示为220z x y ≤≤+,21x y ≤≤,11x -≤≤ 所以222111(,,)d d d d d (,,)d x y xf x y z x y z x y f x y z z +-Ω=⎰⎰⎰⎰⎰⎰.2.计算cos()d d d y x z x y z Ω+⎰⎰⎰,其中Ω由y =,0y =,0z =和π2x z +=所围成的闭区域.解 将积分区域Ω向xOy 平面投影得xy D ：π02x ≤≤,0y ≤≤,则Ω可表示成π02z x ≤≤-,(,)xy x y D ∈,故 cos()d d d y x z x y z Ω+⎰⎰⎰=π20d d cos()d xyx D x y y x z z -+⎰⎰⎰=(1sin )d d xyD y x x y -⎰⎰=π20d (1sin )d x y x y -⎰⎰=π201(1sin )d 2x x x -⎰=2π1162-.3.计算d d d z x y z Ω⎰⎰⎰,其中Ω是由锥面z =与平面(0,0)z h R h =>>所围成的闭区域.解1 积分区域Ω如图9.6所示,用竖 坐标为z 的平面截域Ω,得圆域22222():R z D z x y h+≤,其面积为222πR z h,采用“先二后一法”计算.d d d z x y z Ω⎰⎰⎰=0()d d h D z z z σ⎰⎰⎰=2220πd h R z z z h⋅⎰=242π4hR z h ⋅=22π4R h .解2 积分域Ω的边界曲面在柱面坐标下的方程分别为z h =及h z R=ρ. 利用柱面坐标计算.原式=2π0d d d R h h R z z ρθρρ⎰⎰⎰=2222012π[]d 2R h h Rρ-ρρ⎰=224202π[]24R h h R ρρ-⋅=22π4R h . 易犯的错误是：（1）在柱面坐标下,原式=2π0d d d hRR z z ρθρρ⎰⎰⎰.关于z 的积分上、下限错误.（2）采用“先二后一法”.d d d z x y z Ω⎰⎰⎰=222d d d h x y R z zx y +≤⎰⎰⎰=2d h Rz z π⎰=222R h π. 关于x ,y 积分的积分域错误,积分域应为22222R z x y h+≤. 特别注意,将被积函数z用表达式z =. 4.计算d d d xz x y z Ω⎰⎰⎰,其中Ω是由平面0z =,z y =,1y =以及抛物柱面2y x =所围成的闭区域.图 9.6解1 按先z 再x 后y 积分. 原式=100d d d 0yy x z z =⎰⎰⎰其中xdx ⎰为奇函数再对称区间上的积分,其值为0.解2 按先x 再y 后z 积分. 原式=11d d d 0zz z y x =⎰⎰⎰其中d 0x =⎰.解3 按先x 再z 后y 积分. 原式=1d d d 0yy z z x =⎰⎰⎰5填空题.设Ω由球面z =与锥面z =围成,则三重积分 在三种坐标系下分别可化为三次积分如下： 直角坐标系下： 柱面坐标系下： 球面坐标系下：π2π240d d sin d I f r r θϕϕ=⎰⎰⎰.6.利用柱面坐标计算下列三重积分. （1）22e d d d xy x y z --Ω⎰⎰⎰,其中Ω为由221x y +≤,01z ≤≤所确定. 解 22e d d d xy x y z --Ω⎰⎰⎰=22π11ρ0d ρd ρde z θ-⎰⎰⎰=21ρ02πρd ρe -⎰=21ρ20πe d ρ-⎰=21ρ0πe--=1π(e 1)---=1π(1)e-. （2）d z v Ω⎰⎰⎰,其中Ω为由曲面z =及223x y z +=所围成的闭区域.解由223z x y z ⎧⎪=⎨+=⎪⎩z ,得223x y +=， zdv Ω⎰⎰⎰=d ρd d zr z θΩ⎰⎰⎰=22π03d d ρd r z z θ⎰⎰⎰=4212π(4ρ)d ρ29r ⋅--⎰=13π4. （3）d d x y z Ω⎰⎰⎰, 其中Ω为由曲面y =,0z =,z a =(0)a >,0y =所围成的闭区域.解 原式=π2cos 220d ρd ρd a z z θθ⎰⎰⎰=π23204cos d 3a θθ⎰=289a .7.利用球面坐标计算下列三重积分：（1）d d x y z Ω,其中Ω是由球面222x y z z ++=所围成的闭区域.解 球面222x y z z ++=在球面坐标下的方程为cos r ϕ=. 原式=π2πcos 320d sin d d r r ϕθϕϕ⎰⎰⎰=π420πsin cos d 2ϕϕϕ⎰=π520πcos 10ϕ-=π10. （2）d d d z x y z Ω⎰⎰⎰,其中Ω是由不等式：2222()x y z a a ++-≤,22x y +2(0)z a ≤>所确定.解 曲面2222()x y z a a ++-=及222(0)x y z a +=>在球面坐标下的方程分别为2cos r a ϕ=及π4ϕ=. 原式=π2π2cos 340d sin d cos d a r r ϕθϕϕϕ⎰⎰⎰=π45402π4cos sin d a ϕϕϕ⎰=π640cos 8π6ϕ-⋅=47π6a . 8.选择适当的坐标计算下列三重积分.（1）2(1)d x v Ω+⎰⎰⎰,其中Ω是由曲面222x z y =+,2x =,4x =所围成的闭区域.解 采用“先二后一法”计算.2(1)d x v Ω+⎰⎰⎰=422d (1)d d Dxx x y z +⎰⎰⎰=422(1)d d d Dxx x y z +⎰⎰⎰=4222(1)(π)d x x x +⎰=3256π15. （2）d d x y z Ω⎰⎰⎰,其中Ω由不等式：2221x y z ++≤,z ≥.解1 曲面2221x y z ++=及z =1r =及π6ϕ=.原式=π2π126000d sin d r cos r r drθϕϕϕ⋅⋅⎰⎰⎰=π125600sinρ2π25ϕ⋅⋅π20=.解2曲面2221x y z++=及z=在柱面坐标下的方程为z=及z=.原式=12π200d rdr zθ⎰⎰=12r2π2⎰π20=.（3）2d d dz x y zΩ⎰⎰⎰,其中Ω是2222x y z R++≤和2222(0)x y z Rz R++≤>的公共部分.解1球面2222x y z R++=及2222x y z Rz++=在球面坐标下的方程分别为r R=及2cosr Rϕ=.由2cosr Rr Rϕ=⎧⎨=⎩解得3πϕ=.原式=π2π2223000d d cos sin dRr r rθϕϕϕ⋅⎰⎰⎰+π2π2cos2222π003d d cos sin dRr r rϕθϕϕϕ⋅⎰⎰⎰=ππ525732π3232cos dcos2πcos dcos55R Rπϕϕϕϕ--⋅⎰⎰=557ππ60160RR+559π480R=.解2 采用“先二后一法”计算.原式=222222222222d d d d d dRRRx y Rz z x y R zz z x y z z x y+≤-+≤-+⎰⎰⎰⎰⎰⎰=2222222π(2)dπ()dRRRz Rz z z z R z z-+-⎰⎰559π480R=.第四节重积分的应用1.求锥面z=被柱面22z x=所割下部分的曲面面积.解由22zz x⎧⎪=⎨=⎪⎩消去z,得D的边界：222x y x+=.所求曲面面积DSσ==dDx ydDσ.2.求底圆半径相等的两个直交圆柱面222x y R+=及222x z R+=所围成立体的表面积.解1所求曲面在第一卦限内的图形如图9.7所示.面积为2016d 16RR x R ==⎰⎰.解2 由222222x y R x z R ⎧+=⎨+=⎩消去x ,得z y =±.对于曲面x =y x =0z x =,所求曲面的面积为8d 8Ry R R y z R y -==⎰⎰⎰12222082()|16RR R y R =-⋅-=.3.设平面薄片所占的闭区域D 由曲线2y x =,2x y +=围成,求该均匀薄片的重心. 解 y M x M=,xM y M=. 212120000229d d d (2)d 2x x DM x y x x x ρσρρρ---===--=⎰⎰⎰⎰⎰,212120000229d d d (2)d 4x y x DM x x x y x x x x ρσρρρ---===--=-⎰⎰⎰⎰⎰,2121240002236d d [(2)]d 25x x x M x y y x x x ρρρ---==--=⎰⎰⎰, 因此，12yM x M ==-，85x M y M ==，故重心坐标为(,)x y =18(,)25-. 4.设平面薄片所占的闭区域D 由直线2x y +=,y x =和x 轴所围成,它的面密度22(,)x y x y ρ=+,求该薄片的质量. 解 质量为1222220()d d ()d y yDM x y y x y x σ-=+=+⎰⎰⎰⎰12323410088842(44)d [2]33333y y y y y y y y =-+-=-+-⎰43=. 5.利用三重积分计算.(1)由曲面z =224x y z +=所围成的立体体段. 解 采用柱面坐标计算232242002π2π(5ρ)ρπ4)383=---=. （2）由曲面z =0)z A a =>>,0z =所围匀质物体的重心.图 9.7解 匀质物体的重心即形心,且形心在对称轴-z 轴上,因此0x =,0y =,d d z vz vΩΩ=⎰⎰⎰⎰⎰⎰.其中332d π()3v A a Ω=-⎰⎰⎰. d z v Ω⎰⎰⎰=π2π320d cos sin d d A ar r θϕϕϕ⎰⎰⎰=π24420sin 2π24A a ϕ-⋅⋅=44π()4A a -. 于是44333()8()A a z A a -=-.重心坐标为（44333()0,0,8()A a A a --）. 6.求半径为R 、高为h 的均匀圆柱体绕过中心而垂直于母线的轴的转动惯量（设密度1ρ=）.解 建立坐标系,使圆柱体的对称轴在z 轴上,且原点在其中心.则所求转动惯量为 y I =2π22222202()d d ρd ρ(ρcos )d hRh x y v z z θθ-Ω+=+⎰⎰⎰⎰⎰⎰4322π20[cos ]d 424hR h R θθ=+⎰=342ππ412h h R R + 22()43M h R =+ （其中2πM R h =为圆柱体质量） 第九章 重积分（总习题）1.计算d DI x y =⎰⎰,22222:,D x y a x y ay +≤+≥.解1 2()d ρd D D I ρθ=+⎰⎰⎰⎰下上π2π220sin πd ρd ρd ρd ρa aa θθθ=+⎰⎰⎰⎰33π3(1sin )d π33a a θθ=-+⎰π3333202222πsin d (π)3333a a a θθ=+=-⎰.解222222x y a x y ayI σσ+≤+≤=-⎰⎰⎰⎰3π3330222πsin d (π)3333a a a θθ=-=-⎰. 2.计算()d DI x y σ=+⎰⎰,其中D 由2y x =,24y x =及1y =围成. 解11100d )d d )d I y x y x y x y x =+++⎰⎰13/202d 5y y ==⎰. 解2 ()()d D D I x y σ=-+⎰⎰⎰⎰大小14212221121116[(1)]d [(14)]d 22x x x x x x x x ----=-+--+⎰⎰25=.3.计算211d d x y I y x x y ≤≤=-⎰⎰解1 1222()d ()d D D I y x x y σσ=-+-⎰⎰⎰⎰ （图9.8）2211122110d ()d d ()d x x x y x y x x y y --=-+-⎰⎰⎰⎰4411224111[(1)]d []d 22x x x x x x x ---=--+-⎰⎰1115=. 亦可利用对称性简化计算.由于1D 、2D 均关于0x =（即y 轴）对称,又(,)f x y 关于x 为偶函数（即(,)(,)f x y f x y -=）,因此221112202d ()d 2d ()d x xI x y x y x x y y =-+-⎰⎰⎰⎰.4.计算2(369)d Dy x y σ+-+⎰⎰,其中D 是闭区域222x y R +≤.解 原式222200d ρ[ρsin 3ρcos 6ρsin ]d ρ9πRR πθθθθ=+-+⎰⎰442π2229πsin d 009ππ44R R R R θθ=+++=+⎰.亦可利用对称性简化计算.由于积分Dxd σ⎰⎰及Dyd σ⎰⎰均为零,故原积分再利用极坐标计算.5.计算22()d d d y z x y z Ω+⎰⎰⎰,其中Ω是由xOy 平面上曲线22y x =绕x 轴旋转而成的曲面与平面5x =所围成的闭区域.解 Ω在yOz 面投影域yz D 为：2210y z +≤,所以22()d d d y z x y z Ω+⎰⎰⎰=22π5202d ρd ρd r x θ⋅⎰⎰⎰51150010002502π[1001000]2ππ412123-=⨯-⨯==. 图 9.86.计算d d x y z Ω,其中Ω为由2221x y z ++≤,1z ≥所确定.解 投影区域D ：2224()5x y +≤,用柱面坐标得d d x y z Ω=42π50212d ρd ρd ρr z z θ-⎰⎰⎰42250642π[1ρ(2ρ1)]d ρπ75=---=⎰. 7.计算()d d d x z x y z Ω+⎰⎰⎰,其中Ω是由曲面z =与z =所围成的区域.解 d d d 0x x y z Ω=⎰⎰⎰（因为被积函数是x 的奇函数,积分区域Ω关于0x =对称）,所以有()d d d x z x y z Ω+⎰⎰⎰=d d d z x y z Ω⎰⎰⎰;又由于d d d z x y z Ω⎰⎰⎰的被积函数只是z 的函数,用平面z z =去截Ω所得闭区域()D z 的面积很容易求,因此可选用“先二后一”方法求解.()d d d x z x y z Ω+⎰⎰⎰=d d d z x y z Ω⎰⎰⎰=1210()()d d d d d d D z D z z zx y z zx y +⎰⎰⎰⎰⎰=122πd π(1)d z z z z z +-⎰=π8. 8.计算22()d I x y v Ω=+⎰⎰⎰,其中Ω是由222x y z +=,2z =,8z =围成的闭区域.解1 22()()d I x y v ΩΩ=++⎰⎰⎰⎰⎰⎰外柱22π282π48330222d ρd ρd d ρd ρd z z ρθθ=+⎰⎰⎰⎰⎰⎰2432ρ62π42πρ(8)d ρ2=⋅⋅+-⎰48π288π336π=+=.解2 22()()d I x y v ΩΩ=-+⎰⎰⎰⎰⎰⎰大小222π482π2222ρρ022d ρd ρρd d ρd ρρd z z θθ=-⎰⎰⎰⎰⎰⎰42353500112π(8ρρ)d ρ2π(2ρρ)d ρ22=---⎰⎰336π=.解3 采用“先二后一法”计算.I=22882π223222d ()d d d d d ρx y zzx y x y z θ+≤+=⎰⎰⎰⎰⎰⎰=8222πd z z ⎰336π=.易犯的错误是：将222x y z +=代入被积表达式,得 388222π2d 4π|672π3z z z z =⋅⋅==⎰.9.计算2221d x y z v Ω++-⎰⎰⎰,其中Ω是球体2224x y z ++≤.解 被积函数含有绝对值2221x y z ++-,用曲面22210x y z ++-=将Ω分成1Ω和2Ω,其中1Ω：2221x y z ++≤ ,2Ω：22214x y z ≤++≤. 于是采用球面坐标计算1222(1)d x y z v Ω---⎰⎰⎰=2ππ1220d d (1)sin d r r r θϕϕ-⎰⎰⎰=8π15, 2222(1)d x y z v Ω++-⎰⎰⎰=2ππ22201d d (1)sin d r r r θϕϕ-⎰⎰⎰=232π15, 所以 2221d x y z v Ω++-⎰⎰⎰=8π15+232π15=16π. 10.半球面z =220x y Ry +-=,22x y +0(0)Ry R +=>割出两个窗口,求在这半球面上剩下部分的面积.解d d S x y σ==.sin 4d R R R θθ=-⎰=π2204cos d 4R R R θθ=⎰.11.在底半径为R ,高为H 的圆柱体上面,拼加一个同半径的半球体,使整个立体的重心位于球心处,求R 和H 的关系（设体密度1μ=）.解 建立坐标系如图9.9所示,由题意知,物体重心的竖坐标 d 0d z vZ vΩΩ==⎰⎰⎰⎰⎰⎰,222π(2)02R R H =-=.R =.12.设一个上、下底半径各为b 、a ,高为H 的圆锥台,其体密度1μ=,试求其关于中心轴的转动惯量（b a <）. 解1 建立坐标系下如图9.10432π2πρ(ρ)d ρ4a bb H H a a b =⋅⋅+--⎰=55π()10()H a b a b --.解2 采用“先二后一法”.用竖坐标为z 的平面截闭区域圆域()D z ,设其半径为()z ρ,则ρ()z b H z a b H --=-,ρ()a bz a z H-=-.原式=2π2230()d ()d d d ρd ρa bHHa z HD z z x y z σθ--+=⎰⎰⎰⎰⎰⎰45540π1π[()]d ()210()H H aH a b z z a b H a b =--=--⎰. 图 9.9。
