题目
29.计算iintlimits_(D)x^2ydxdy,其中D是由x轴,x=1以及抛物线y=x²所围成的区域.
29.计算$\iint\limits_{D}x^{2}ydxdy$,其中D是由x轴,x=1以及抛物线y=x²所围成的区域.
题目解答
答案
区域 $D$ 由 $x$ 轴、直线 $x=1$ 和抛物线 $y=x^2$ 围成,可表示为 $0 \leq x \leq 1$,$0 \leq y \leq x^2$。
计算二重积分:
\[
\iint\limits_{D} x^2 y \, dx \, dy = \int_{0}^{1} \int_{0}^{x^2} x^2 y \, dy \, dx
\]
先对 $y$ 积分:
\[
\int_{0}^{x^2} x^2 y \, dy = x^2 \left[ \frac{y^2}{2} \right]_{0}^{x^2} = x^2 \cdot \frac{x^4}{2} = \frac{x^6}{2}
\]
再对 $x$ 积分:
\[
\int_{0}^{1} \frac{x^6}{2} \, dx = \frac{1}{2} \left[ \frac{x^7}{7} \right]_{0}^{1} = \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{7} = \frac{1}{14}
\]
**答案:** $\boxed{\frac{1}{14}}$
解析
考查要点:本题主要考查二重积分的计算,特别是直角坐标系下二重积分的累次积分法。
解题思路:
- 确定积分区域:根据题意,区域$D$由$x$轴、直线$x=1$和抛物线$y=x^2$围成,需明确$x$和$y$的取值范围。
- 选择积分顺序:优先选择先对$y$积分再对$x$积分,因为对于每个固定的$x$,$y$的范围更直观。
- 分步计算:先对$y$积分时,将$x$视为常数;再对$x$积分时,直接计算幂函数的积分。
关键点:
- 积分区域的描述:正确写出$x$和$y$的积分上下限。
- 积分顺序的选择:简化计算的关键在于合理选择积分顺序。
步骤1:确定积分区域
区域$D$由$x$轴($y=0$)、直线$x=1$和抛物线$y=x^2$围成。
- 当$x$从$0$到$1$时,$y$的范围是$0 \leq y \leq x^2$。
因此,积分区域可表示为:
$D = \{ (x, y) \mid 0 \leq x \leq 1,\ 0 \leq y \leq x^2 \}$
步骤2:转化为累次积分
将二重积分转化为先对$y$积分,再对$x$积分:
$\iint\limits_{D} x^2 y \, dx \, dy = \int_{0}^{1} \int_{0}^{x^2} x^2 y \, dy \, dx$
步骤3:对$y$积分
在内层积分中,$x$视为常数:
$\int_{0}^{x^2} x^2 y \, dy = x^2 \int_{0}^{x^2} y \, dy = x^2 \left[ \frac{y^2}{2} \right]_{0}^{x^2} = x^2 \cdot \frac{x^4}{2} = \frac{x^6}{2}$
步骤4:对$x$积分
将结果代入外层积分:
$\int_{0}^{1} \frac{x^6}{2} \, dx = \frac{1}{2} \int_{0}^{1} x^6 \, dx = \frac{1}{2} \left[ \frac{x^7}{7} \right]_{0}^{1} = \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{7} = \frac{1}{14}$