题目
[单选题] 设D为x^2+y^2leq1,则iintlimits_(D)(1)/(sqrt(1-x^2)-y^(2) )dxdy=().A. 0B. πC. 2πD. 4π
[单选题] 设D为$x^{2}+y^{2}\leq1$,则$\iint\limits_{D}\frac{1}{\sqrt{1-x^{2}-y^{2}} }dxdy$=().
A. 0
B. π
C. 2π
D. 4π
题目解答
答案
C. 2π
解析
考查要点:本题主要考查二重积分在极坐标系下的计算,涉及坐标变换、雅可比行列式的应用以及换元积分法。
解题核心思路:
- 坐标系选择:积分区域为单位圆,适合用极坐标简化计算。
- 被积函数转化:将直角坐标系下的被积函数转换为极坐标形式。
- 分步积分:先对径向变量$r$积分,再对角度变量$\theta$积分,利用对称性简化计算。
破题关键点:
- 极坐标变换:正确写出极坐标下的面积元素$r \, dr \, d\theta$。
- 换元积分法:处理$\int \frac{r}{\sqrt{1-r^2}} \, dr$时,通过变量代换$u = 1 - r^2$简化积分。
将二重积分转换为极坐标形式:
- 区域变换:$D: x^2 + y^2 \leq 1$对应极坐标$r \in [0,1]$,$\theta \in [0, 2\pi]$。
- 被积函数变换:$\frac{1}{\sqrt{1-x^2-y^2}} = \frac{1}{\sqrt{1-r^2}}$。
- 面积元素变换:$dxdy = r \, dr d\theta$。
积分表达式变为:
$\int_{0}^{2\pi} \int_{0}^{1} \frac{1}{\sqrt{1-r^2}} \cdot r \, dr \, d\theta$
分步计算:
-
对$r$积分:
$\int_{0}^{1} \frac{r}{\sqrt{1-r^2}} \, dr$
换元法:令$u = 1 - r^2$,则$du = -2r \, dr$,积分变为:
$\frac{1}{2} \int_{0}^{1} u^{-1/2} \, du = \frac{1}{2} \cdot 2u^{1/2} \Big|_{0}^{1} = 1$ -
对$\theta$积分:
$\int_{0}^{2\pi} 1 \, d\theta = 2\pi$
最终结果:
$\iint\limits_{D} \frac{1}{\sqrt{1-x^2-y^2}} \, dxdy = 2\pi$