题目
18.计算iint |x+y-1|dxdy,其中iint |x+y-1|dxdy
18.计算,其中
题目解答
答案
解:将分为
与
,其中
在
非负,在
非正,则有
又
令,则
因此
解析
步骤 1:确定积分区域
$D$ 是一个在第一象限的单位圆,即 $x^2 + y^2 \leq 1$,$x \geq 0$,$y \geq 0$。这意味着我们只考虑圆的四分之一部分。
步骤 2:将积分区域分为两部分
根据 $x+y-1$ 的符号,将 $D$ 分为两部分:$D_1$ 和 $D_2$。$D_1$ 是 $x+y-1 \geq 0$ 的区域,$D_2$ 是 $x+y-1 < 0$ 的区域。$D_1$ 和 $D_2$ 的边界是直线 $x+y=1$ 与圆 $x^2 + y^2 = 1$ 的交点。
步骤 3:计算 $D_1$ 和 $D_2$ 的积分
在 $D_1$ 上,$|x+y-1| = x+y-1$;在 $D_2$ 上,$|x+y-1| = -(x+y-1)$。因此,原积分可以写为:
$$
\iint_{D} |x+y-1| \, dxdy = \iint_{D_1} (x+y-1) \, dxdy - \iint_{D_2} (x+y-1) \, dxdy
$$
步骤 4:转换为极坐标
为了方便计算,将直角坐标系下的积分转换为极坐标系下的积分。令 $x = r\cos\theta$,$y = r\sin\theta$,则 $dxdy = rdrd\theta$。积分区域 $D$ 在极坐标系下为 $0 \leq r \leq 1$,$0 \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}$。$D_1$ 和 $D_2$ 的边界在极坐标系下为 $r(\cos\theta + \sin\theta) = 1$,即 $r = \frac{1}{\cos\theta + \sin\theta}$。
步骤 5:计算 $D_1$ 的积分
$$
\iint_{D_1} (x+y-1) \, dxdy = \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \int_{0}^{\frac{1}{\cos\theta + \sin\theta}} (r\cos\theta + r\sin\theta - 1) r \, drd\theta
$$
步骤 6:计算 $D_2$ 的积分
$$
\iint_{D_2} (x+y-1) \, dxdy = \int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}} \int_{0}^{1} (r\cos\theta + r\sin\theta - 1) r \, drd\theta
$$
步骤 7:计算总积分
将步骤 5 和步骤 6 的结果相减,得到总积分。
$D$ 是一个在第一象限的单位圆,即 $x^2 + y^2 \leq 1$,$x \geq 0$,$y \geq 0$。这意味着我们只考虑圆的四分之一部分。
步骤 2:将积分区域分为两部分
根据 $x+y-1$ 的符号,将 $D$ 分为两部分:$D_1$ 和 $D_2$。$D_1$ 是 $x+y-1 \geq 0$ 的区域,$D_2$ 是 $x+y-1 < 0$ 的区域。$D_1$ 和 $D_2$ 的边界是直线 $x+y=1$ 与圆 $x^2 + y^2 = 1$ 的交点。
步骤 3:计算 $D_1$ 和 $D_2$ 的积分
在 $D_1$ 上,$|x+y-1| = x+y-1$;在 $D_2$ 上,$|x+y-1| = -(x+y-1)$。因此,原积分可以写为:
$$
\iint_{D} |x+y-1| \, dxdy = \iint_{D_1} (x+y-1) \, dxdy - \iint_{D_2} (x+y-1) \, dxdy
$$
步骤 4:转换为极坐标
为了方便计算,将直角坐标系下的积分转换为极坐标系下的积分。令 $x = r\cos\theta$,$y = r\sin\theta$,则 $dxdy = rdrd\theta$。积分区域 $D$ 在极坐标系下为 $0 \leq r \leq 1$,$0 \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}$。$D_1$ 和 $D_2$ 的边界在极坐标系下为 $r(\cos\theta + \sin\theta) = 1$,即 $r = \frac{1}{\cos\theta + \sin\theta}$。
步骤 5:计算 $D_1$ 的积分
$$
\iint_{D_1} (x+y-1) \, dxdy = \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \int_{0}^{\frac{1}{\cos\theta + \sin\theta}} (r\cos\theta + r\sin\theta - 1) r \, drd\theta
$$
步骤 6:计算 $D_2$ 的积分
$$
\iint_{D_2} (x+y-1) \, dxdy = \int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}} \int_{0}^{1} (r\cos\theta + r\sin\theta - 1) r \, drd\theta
$$
步骤 7:计算总积分
将步骤 5 和步骤 6 的结果相减,得到总积分。