题目
9.二重积分iintlimits_(D)dxdy=____,其中区域D为由曲线x^2+y^2=4所围成的闭区域.
9.二重积分$\iint\limits_{D}dxdy=$____,其中区域D为由曲线$x^{2}+y^{2}=4$所围成的闭区域.
题目解答
答案
二重积分 $\iint\limits_{D} dxdy$ 表示区域 $D$ 的面积。区域 $D$ 是圆 $x^2 + y^2 = 4$,半径为 2。
圆的面积公式为 $A = \pi r^2$,代入半径 $r = 2$ 得:
\[
A = \pi \times 2^2 = 4\pi
\]
或使用极坐标计算:
\[
\iint\limits_{D} dxdy = \int_{0}^{2\pi} \int_{0}^{2} r dr d\theta = \int_{0}^{2\pi} 2 d\theta = 4\pi
\]
**答案:** $\boxed{4\pi}$
解析
本题考查二重积分的几何意义以及利用极坐标计算二重积分的方法。
- 方法一:利用二重积分的几何意义
二重积分$\iint\limits_{D}dxdy$的几何意义是区域$D$的面积。已知区域$D$为由曲线$x^{2}+y^{2}=4$所围成的闭区域,此曲线方程符合圆的标准方程$(x - a)^2 + (y - b)^2 = r^2$(其中$(a,b)$为圆心坐标,$r$为半径),在$x^{2}+y^{2}=4$中,圆心为$(0,0)$,半径$r = \sqrt{4}=2$。
根据圆的面积公式$A = \pi r^2$,将$r = 2$代入可得:
$A=\pi\times2^2 = 4\pi$ - 方法二:利用极坐标计算二重积分
在极坐标中,$x = r\cos\theta$,$y = r\sin\theta$,且$dxdy = r drd\theta$。
对于圆$x^{2}+y^{2}=4$,在极坐标下的方程为$r^2 = 4$,即$r = 2$。
积分区域$D$在极坐标下表示为$0\leqslant r\leqslant 2$,$0\leqslant\theta\leqslant 2\pi$。
则$\iint\limits_{D}dxdy=\int_{0}^{2\pi}d\theta\int_{0}^{2}r dr$。
先计算内层积分$\int_{0}^{2}r dr$,根据积分公式$\int x^n dx=\frac{1}{n + 1}x^{n + 1}+C$($n\neq -1$)可得:
$\int_{0}^{2}r dr=\left[\frac{1}{2}r^2\right]_{0}^{2}=\frac{1}{2}\times2^2-\frac{1}{2}\times0^2 = 2$
再计算外层积分$\int_{0}^{2\pi}2 d\theta$,可得:
$\int_{0}^{2\pi}2 d\theta=2\left[\theta\right]_{0}^{2\pi}=2\times(2\pi - 0)=4\pi$