题目
计算 iint dfrac (x)({y)^2}dsigma , 其中D是由 y=2 ,y=x ,xy=1 所围成的闭区域.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查二重积分的计算,涉及积分区域的确定和积分顺序的选择。需要根据给定曲线交点划分积分区域,并选择适当的积分次序简化计算。
解题核心思路:
- 确定积分区域D的边界:通过联立方程找到交点,明确区域形状。
- 选择积分次序:优先选择使积分限表达式简单的次序(本题选择先对$x$积分,再对$y$积分)。
- 分步计算积分:先对$x$积分,再对$y$积分,注意代数运算的准确性。
破题关键点:
- 交点计算:确定$y=2$、$y=x$、$xy=1$的交点,划分积分区域。
- 积分限表达:正确写出$x$和$y$的积分上下限。
步骤1:确定积分区域D
- 联立方程找交点:
- $y=2$与$y=x$交于$(2,2)$。
- $y=2$与$xy=1$交于$(\frac{1}{2},2)$。
- $y=x$与$xy=1$交于$(1,1)$。
- 区域形状:D是由三点$(1,1)$、$(2,2)$、$(\frac{1}{2},2)$围成的闭区域,且在$y$从$1$到$2$时,$x$的范围为$\frac{1}{y} \leq x \leq y$。
步骤2:设定积分次序
选择先对$x$积分,再对$y$积分,积分区域表示为:
$D: \ 1 \leq y \leq 2, \ \frac{1}{y} \leq x \leq y.$
步骤3:计算二重积分
- 对$x$积分:
$\int_{\frac{1}{y}}^{y} \frac{x}{y^2} \, dx = \frac{1}{y^2} \cdot \left[ \frac{x^2}{2} \right]_{\frac{1}{y}}^{y} = \frac{1}{y^2} \left( \frac{y^2}{2} - \frac{1}{2y^2} \right) = \frac{1}{2} \left( 1 - \frac{1}{y^4} \right).$ - 对$y$积分:
$\int_{1}^{2} \frac{1}{2} \left( 1 - \frac{1}{y^4} \right) dy = \frac{1}{2} \left[ y + \frac{1}{3y^3} \right]_{1}^{2} = \frac{1}{2} \left( \frac{49}{24} - \frac{4}{3} \right) = \frac{17}{48}.$