题目
9.计算二重积分xdσ,其中D是由 =1, y=2 与 =dfrac (1)(x) 所围成的闭区域。

题目解答
答案


解析
步骤 1:确定积分区域
根据题目,积分区域D是由直线x=1,y=2和曲线$y=\dfrac{1}{x}$所围成的闭区域。首先,我们需要确定积分区域的边界。由于$y=\dfrac{1}{x}$与x=1和y=2相交,我们可以通过解方程找到交点。当x=1时,$y=\dfrac{1}{1}=1$,所以交点为(1,1)。当y=2时,$2=\dfrac{1}{x}$,解得$x=\dfrac{1}{2}$,所以另一个交点为($\dfrac{1}{2}$,2)。因此,积分区域D的边界为x=1,y=2,$y=\dfrac{1}{x}$,以及x轴和y轴的部分。
步骤 2:设置积分
根据积分区域D,我们可以设置二重积分的上下限。由于积分区域D在x=1和x=$\dfrac{1}{2}$之间,我们可以将x的积分范围设置为从$\dfrac{1}{2}$到1。对于每个x值,y的积分范围是从$y=\dfrac{1}{x}$到y=2。因此,二重积分可以表示为:
$${\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}dx{\int }_{\dfrac{1}{x}}^{2}xdy$$
步骤 3:计算二重积分
首先,我们计算内层积分${\int }_{\dfrac{1}{x}}^{2}xdy$。由于x是常数,我们可以将其提出来,得到:
$${\int }_{\dfrac{1}{x}}^{2}xdy = x{\int }_{\dfrac{1}{x}}^{2}dy = x(y)|_{\dfrac{1}{x}}^{2} = x(2-\dfrac{1}{x}) = 2x-1$$
接下来,我们计算外层积分${\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}(2x-1)dx$。我们可以将其拆分为两个积分:
$${\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}(2x-1)dx = {\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}2xdx - {\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}1dx$$
计算这两个积分,我们得到:
$${\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}2xdx = 2{\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}xdx = 2(\dfrac{1}{2}x^2)|_{\dfrac{1}{2}}^{1} = 2(\dfrac{1}{2}-\dfrac{1}{8}) = \dfrac{3}{4}$$
$${\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}1dx = x|_{\dfrac{1}{2}}^{1} = 1-\dfrac{1}{2} = \dfrac{1}{2}$$
因此,二重积分的值为:
$${\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}(2x-1)dx = \dfrac{3}{4} - \dfrac{1}{2} = \dfrac{1}{4}$$
根据题目,积分区域D是由直线x=1,y=2和曲线$y=\dfrac{1}{x}$所围成的闭区域。首先,我们需要确定积分区域的边界。由于$y=\dfrac{1}{x}$与x=1和y=2相交,我们可以通过解方程找到交点。当x=1时,$y=\dfrac{1}{1}=1$,所以交点为(1,1)。当y=2时,$2=\dfrac{1}{x}$,解得$x=\dfrac{1}{2}$,所以另一个交点为($\dfrac{1}{2}$,2)。因此,积分区域D的边界为x=1,y=2,$y=\dfrac{1}{x}$,以及x轴和y轴的部分。
步骤 2:设置积分
根据积分区域D,我们可以设置二重积分的上下限。由于积分区域D在x=1和x=$\dfrac{1}{2}$之间,我们可以将x的积分范围设置为从$\dfrac{1}{2}$到1。对于每个x值,y的积分范围是从$y=\dfrac{1}{x}$到y=2。因此,二重积分可以表示为:
$${\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}dx{\int }_{\dfrac{1}{x}}^{2}xdy$$
步骤 3:计算二重积分
首先,我们计算内层积分${\int }_{\dfrac{1}{x}}^{2}xdy$。由于x是常数,我们可以将其提出来,得到:
$${\int }_{\dfrac{1}{x}}^{2}xdy = x{\int }_{\dfrac{1}{x}}^{2}dy = x(y)|_{\dfrac{1}{x}}^{2} = x(2-\dfrac{1}{x}) = 2x-1$$
接下来,我们计算外层积分${\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}(2x-1)dx$。我们可以将其拆分为两个积分:
$${\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}(2x-1)dx = {\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}2xdx - {\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}1dx$$
计算这两个积分,我们得到:
$${\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}2xdx = 2{\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}xdx = 2(\dfrac{1}{2}x^2)|_{\dfrac{1}{2}}^{1} = 2(\dfrac{1}{2}-\dfrac{1}{8}) = \dfrac{3}{4}$$
$${\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}1dx = x|_{\dfrac{1}{2}}^{1} = 1-\dfrac{1}{2} = \dfrac{1}{2}$$
因此,二重积分的值为:
$${\int }_{\dfrac{1}{2}}^{1}(2x-1)dx = \dfrac{3}{4} - \dfrac{1}{2} = \dfrac{1}{4}$$