题目
计算二重积分Ⅱydxdy,其中D是由直线 x=-2 =0 =2 以及曲线 x=-|||--sqrt (2y-{y)^2} 所围成的平面区域.

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方法,涉及直角坐标系与极坐标系的转换,以及利用变量代换简化积分。
解题思路:
- 区域分析:确定积分区域D的形状,由直线$x=-2$、$y=0$、$y=2$和曲线$x=-\sqrt{2y-y^2}$围成。曲线方程可转化为圆$x^2+(y-1)^2=1$的左半部分。
- 积分拆分:将原积分拆分为整个矩形区域($x$从$-2$到$0$)的积分减去左半圆部分的积分。
- 变量代换:对左半圆部分的积分使用三角代换$y-1=\sin t$,简化计算。
解法一:极坐标法
- 区域转换:左半圆$x=-\sqrt{2y-y^2}$对应极坐标方程$r=2\sin\theta$,$\theta$范围为$\frac{\pi}{2} \leq \theta \leq \pi$。
- 极坐标积分:
$\iint_{D_1} y \, dx dy = \int_{\frac{\pi}{2}}^{\pi} \int_0^{2\sin\theta} (r\sin\theta) \cdot r \, dr d\theta = \frac{8}{3} \int_{\frac{\pi}{2}}^{\pi} \sin^4\theta \, d\theta$ - 降幂积分:利用$\sin^4\theta = \frac{3}{8} - \frac{1}{2}\cos2\theta + \frac{1}{8}\cos4\theta$,积分结果为$\frac{\pi}{8}$,故左半圆积分值为$\frac{\pi}{2}$。
- 最终结果:原积分等于矩形区域积分$4$减去左半圆积分$\frac{\pi}{2}$,即$4 - \frac{\pi}{2}$。
解法二:直角坐标法
- 矩形区域积分:$\int_{0}^{2} \int_{-2}^{0} y \, dx dy = 4$。
- 左半圆积分:$\int_{0}^{2} y\sqrt{2y-y^2} \, dy$,令$y-1=\sin t$,化简后得$\frac{\pi}{2}$。
- 最终结果:原积分$= 4 - \frac{\pi}{2}$。