25.求二重积分∫xsiny^3dxdy,其中D是由三点(0,0),(0,1),(1,1)所围成的三-|||-角形区域.

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、积分顺序的选择以及换元积分法的应用。
解题核心思路:
- 确定积分区域:三角形区域D由点(0,0)、(0,1)、(1,1)构成,需转化为数学表达式。
- 选择积分顺序:通过分析被积函数和积分区域,选择先对$x$积分再对$y$积分,简化计算。
- 分步积分:先对$x$积分时,$\sin(y^3)$视为常数;再对$y$积分时,利用换元法求解。
破题关键点:
- 积分区域的描述:$y$从$0$到$1$,对应$x$从$0$到$y$。
- 换元法应用:令$u = y^3$,将积分转化为基本形式。
步骤1:确定积分区域
三角形区域$D$的顶点为$(0,0)$、$(0,1)$、$(1,1)$,可描述为:
- $y$的范围:$0 \leq y \leq 1$;
- 对每个$y$,$x$的范围:$0 \leq x \leq y$。
步骤2:选择积分顺序并写出二重积分表达式
选择先对$x$积分,再对$y$积分:
$\iint_D x \sin(y^3) \, dx \, dy = \int_{0}^{1} \int_{0}^{y} x \sin(y^3) \, dx \, dy$
步骤3:对$x$积分
内部积分:
$\int_{0}^{y} x \sin(y^3) \, dx = \sin(y^3) \int_{0}^{y} x \, dx = \sin(y^3) \cdot \left[ \frac{1}{2}x^2 \right]_{0}^{y} = \frac{1}{2} y^2 \sin(y^3)$
步骤4:对$y$积分
外部积分:
$\int_{0}^{1} \frac{1}{2} y^2 \sin(y^3) \, dy$
换元法:令$u = y^3$,则$du = 3y^2 dy$,即$y^2 dy = \frac{1}{3} du$。积分上下限变为$u=0$到$u=1$:
$\frac{1}{2} \cdot \frac{1}{3} \int_{0}^{1} \sin(u) \, du = \frac{1}{6} \left[ -\cos(u) \right]_{0}^{1} = \frac{1}{6} \left( -\cos(1) + 1 \right)$
步骤5:整理结果
最终结果为:
$-\frac{1}{6} (\cos(1) - 1)$