题目
设区域D由曲线y=sinx,x=-(pi)/(2),x=(pi)/(2)与y=1围成,则iintlimits_(D)(xy^5-1)dxdy=( )。 A. π B. 2 C. -2 D. -π
设区域D由曲线y=sinx,x=-$\frac{\pi}{2}$,x=$\frac{\pi}{2}$与y=1围成,则$\iint\limits_{D}(xy^{5}-1)dxdy=( )$。
A. π
B. 2
C. -2
D. -π
A. π
B. 2
C. -2
D. -π
题目解答
答案
为了求解二重积分 $\iint\limits_{D}(xy^{5}-1)dxdy$,其中区域 $D$ 由曲线 $y=\sin x$, $x=-\frac{\pi}{2}$, $x=\frac{\pi}{2}$ 与 $y=1$ 围成,我们可以按照以下步骤进行:
1. **确定积分区域 $D$**:
- 区域 $D$ 的边界是 $x = -\frac{\pi}{2}$, $x = \frac{\pi}{2}$, $y = \sin x$ 和 $y = 1$。
- 这意味着对于每个 $x$ 在 $[- \frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}]$ 之间, $y$ 的范围是 $[\sin x, 1]$。
2. **将二重积分化为累次积分**:
\[
\iint\limits_{D}(xy^{5} - 1)dxdy = \int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \int_{\sin x}^{1} (xy^{5} - 1) dy dx
\]
3. **先对 $y$ 积分**:
\[
\int_{\sin x}^{1} (xy^{5} - 1) dy = \int_{\sin x}^{1} xy^{5} dy - \int_{\sin x}^{1} 1 dy
\]
- 计算 $\int_{\sin x}^{1} xy^{5} dy$:
\[
\int_{\sin x}^{1} xy^{5} dy = x \int_{\sin x}^{1} y^{5} dy = x \left[ \frac{y^{6}}{6} \right]_{\sin x}^{1} = x \left( \frac{1}{6} - \frac{\sin^{6} x}{6} \right) = \frac{x}{6} (1 - \sin^{6} x)
\]
- 计算 $\int_{\sin x}^{1} 1 dy$:
\[
\int_{\sin x}^{1} 1 dy = [y]_{\sin x}^{1} = 1 - \sin x
\]
- 将两个结果相减:
\[
\int_{\sin x}^{1} (xy^{5} - 1) dy = \frac{x}{6} (1 - \sin^{6} x) - (1 - \sin x)
\]
4. **对 $x$ 积分**:
\[
\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \left( \frac{x}{6} (1 - \sin^{6} x) - (1 - \sin x) \right) dx
\]
- 将积分分成两部分:
\[
\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \frac{x}{6} (1 - \sin^{6} x) dx - \int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} (1 - \sin x) dx
\]
- 考虑第一部分 $\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \frac{x}{6} (1 - \sin^{6} x) dx$:
- 函数 $\frac{x}{6} (1 - \sin^{6} x)$ 是奇函数(因为 $x$ 是奇函数,$(1 - \sin^{6} x)$ 是偶函数,奇函数乘以偶函数是奇函数)。
- 在对称区间 $[- \frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}]$ 上,奇函数的积分是0。
\[
\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \frac{x}{6} (1 - \sin^{6} x) dx = 0
\]
- 考虑第二部分 $\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} (1 - \sin x) dx$:
\[
\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} (1 - \sin x) dx = \int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} 1 dx - \int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \sin x dx
\]
- 计算 $\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} 1 dx$:
\[
\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} 1 dx = \left[ x \right]_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} = \frac{\pi}{2} - \left( -\frac{\pi}{2} \right) = \pi
\]
- 计算 $\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \sin x dx$:
\[
\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \sin x dx = \left[ -\cos x \right]_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} = -\cos \frac{\pi}{2} - \left( -\cos \left( -\frac{\pi}{2} \right) \right) = 0
\]
- 将两个结果相减:
\[
\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} (1 - \sin x) dx = \pi - 0 = \pi
\]
5. **将两部分结果相减**:
\[
\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \left( \frac{x}{6} (1 - \sin^{6} x) - (1 - \sin x) \right) dx = 0 - \pi = -\pi
\]
因此,二重积分 $\iint\limits_{D}(xy^{5} - 1)dxdy$ 的值是 $\boxed{-\pi}$。正确答案是 $\boxed{D}$。