题目
单选题(4.0分) 17. 设D是由圆周x^2+y^2=1所围成的闭区域,则iint_(D)e^2(x^(2+y^2))dxdy=(pi)/(2)(e^2-1). (5.0)A. 对B. 错
单选题(4.0分) 17. 设D是由圆周$x^{2}+y^{2}=1$所围成的闭区域,则$\iint_{D}e^{2(x^{2}+y^{2})}dxdy=\frac{\pi}{2}(e^{2}-1).$ (5.0)
A. 对
B. 错
题目解答
答案
A. 对
解析
本题考查利用极坐标计算二重积分的知识。解题思路是先将直角坐标下的二重积分转化为极坐标下的二重积分,然后分别对极径和极角进行积分,最后判断计算结果是否与给定结果一致。
- 将直角坐标转化为极坐标:
在极坐标中,$x = r\cos\theta$,$y = r\sin\theta$,且$dxdy = r drd\theta$,$x^{2}+y^{2}=r^{2}$。
已知积分区域$D$是由圆周$x^{2}+y^{2}=1$所围成的闭区域,那么在极坐标下,$r$的范围是$0\leq r\leq 1$,$\theta$的范围是$0\leq \theta\leq 2\pi$。
所以原积分$\iint_{D}e^{2(x^{2}+y^{2})}dxdy$可转化为$\int_{0}^{2\pi}d\theta\int_{0}^{1}e^{2r^{2}}r dr$。 - 计算关于$r$的积分:
令$t = 2r^{2}$,则$dt = 4r dr$,当$r = 0$时,$t = 0$;当$r = 1$时,$t = 2$。
$\int_{0}^{1}e^{2r^{2}}r dr=\frac{1}{4}\int_{0}^{2}e^{t}dt$
根据指数函数的积分公式$\int e^{t}dt = e^{t}+C$,可得:
$\frac{1}{4}\int_{0}^{2}e^{t}dt=\frac{1}{4}(e^{t})\big|_{0}^{2}=\frac{1}{4}(e^{2}-e^{0})=\frac{1}{4}(e^{2}-1)$ - 计算关于$\theta$的积分:
$\int_{0}^{2\pi}d\theta = \theta\big|_{0}^{2\pi}=2\pi - 0 = 2\pi$ - 计算最终结果:
将上述两个积分结果相乘,可得:
$\int_{0}^{2\pi}d\theta\int_{0}^{1}e^{2r^{2}}r dr = 2\pi\times\frac{1}{4}(e^{2}-1)=\frac{\pi}{2}(e^{2}-1)$
计算结果与题目中给定的结果一致。