题目
若要计算 int int_(D) (sin x)/(x) dx dy,其中 D 是由 x=y 和 x^2=y 所围成的闭区域, 你采取哪种积分次序更简便? (). A 先对x后对y的积分次序 B 先对y后对x的积分次序 C 同样简便 D 两种积分次序都做不出来
若要计算 $\int \int_{D} \frac{\sin x}{x} dx dy$,其中 $D$ 是由 $x=y$ 和 $x^2=y$ 所围成的闭区域, 你采取哪种积分次序更简便? ().
A 先对x后对y的积分次序
B 先对y后对x的积分次序
C 同样简便
D 两种积分次序都做不出来
题目解答
答案
为了确定计算二重积分 $\iint\limits_{D}\frac{\sin x}{x}dxdy$ 的最简便积分次序,其中 $D$ 是由 $x = y$ 和 $x^2 = y^2$ 所围成的闭区域,我们首先需要理解区域 $D$。
方程 $x^2 = y^2$ 可以重写为 $x = y$ 或 $x = -y$。因此,区域 $D$ 是由直线 $x = y$ 和 $x = -y$ 所围成的。这个区域关于y轴对称,可以描述为 $-x \leq y \leq x$ 对于 $x \geq 0$,或者 $x \leq y \leq -x$ 对于 $x \leq 0$。
让我们考虑两种积分次序:
1. **先对 $y$ 后对 $x$ 的积分次序:**
区域 $D$ 可以描述为 $-x \leq y \leq x$ 对于 $0 \leq x \leq a$(其中 $a$ 是某个正数,但因为函数是连续的,且积分在任何有限区域上都是有限的,我们可以考虑整个区域)。积分变为:
\[
\int_{0}^{a} \int_{-x}^{x} \frac{\sin x}{x} \, dy \, dx
\]
首先,我们对 $y$ 进行积分:
\[
\int_{-x}^{x} \frac{\sin x}{x} \, dy = \frac{\sin x}{x} \left[ y \right]_{-x}^{x} = \frac{\sin x}{x} (x - (-x)) = \frac{\sin x}{x} \cdot 2x = 2 \sin x
\]
现在,我们对 $x$ 进行积分:
\[
\int_{0}^{a} 2 \sin x \, dx = 2 \left[ -\cos x \right]_{0}^{a} = 2 (-\cos a + \cos 0) = 2 (1 - \cos a)
\]
当 $a \to \infty$ 时,积分收敛,但我们可以看到,关于 $x$ 的积分是直接的。
2. **先对 $x$ 后对 $y$ 的积分次序:**
区域 $D$ 可以描述为 $y \leq x \leq -y$ 对于 $-a \leq y \leq a$。积分变为:
\[
\int_{-a}^{a} \int_{y}^{-y} \frac{\sin x}{x} \, dx \, dy
\]
首先,我们对 $x$ 进行积分:
\[
\int_{y}^{-y} \frac{\sin x}{x} \, dx
\]
函数 $\frac{\sin x}{x}$ 是一个偶函数,因此从 $y$ 到 $-y$ 的积分是:
\[
\int_{y}^{-y} \frac{\sin x}{x} \, dx = -\int_{-y}^{y} \frac{\sin x}{x} \, dx = -2 \int_{0}^{y} \frac{\sin x}{x} \, dx
\]
现在,我们对 $y$ 进行积分:
\[
\int_{-a}^{a} -2 \int_{0}^{y} \frac{\sin x}{x} \, dx \, dy
\]
这个积分更复杂,因为 $\int_{0}^{y} \frac{\sin x}{x} \, dx$ 没有初等原函数。
因此,先对 $y$ 后对 $x$ 的积分次序更简便。
答案是 $\boxed{B}$。