设D为由曲线=(y)^2; x+y=2围成的平面区域,计算二重积分=(y)^2; x+y=2。
设D为由曲线
围成的平面区域,计算二重积分
。
题目解答
答案
解:原式=
。
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和累次积分的计算。
解题思路:
- 确定积分区域:通过联立曲线方程找到交点,明确积分上下限。
- 选择积分次序:根据区域形状选择先对$x$积分再对$y$积分。
- 逐层积分:先对$x$积分,再对$y$积分,注意代数运算的准确性。
关键点:
- 交点计算:联立$x=y^2$和$x=2-y$,解得$y=-2$和$y=1$。
- 积分限确定:$y$从$-2$到$1$,对应$x$从$y^2$到$2-y$。
步骤1:确定积分区域
联立$x=y^2$和$x=2-y$,解得交点$(1,1)$和$(4,-2)$。积分区域$D$为$y$从$-2$到$1$,$x$从$y^2$到$2-y$。
步骤2:建立累次积分
将二重积分转化为先$x$后$y$的累次积分:
$\iint_D x \,dx\,dy = \int_{-2}^{1} \int_{y^2}^{2-y} x \,dx \,dy$
步骤3:计算对$x$的积分
内层积分:
$\int_{y^2}^{2-y} x \,dx = \left. \frac{1}{2}x^2 \right|_{y^2}^{2-y} = \frac{1}{2}(2-y)^2 - \frac{1}{2}(y^2)^2$
步骤4:计算对$y$的积分
展开并逐项积分:
$\begin{aligned}\int_{-2}^{1} \left[ \frac{(2-y)^2}{2} - \frac{y^4}{2} \right] dy &= \frac{1}{2} \int_{-2}^{1} (4-4y+y^2) \,dy - \frac{1}{2} \int_{-2}^{1} y^4 \,dy \\&= \frac{1}{2} \left[ 4y - 2y^2 + \frac{y^3}{3} \right]_{-2}^{1} - \frac{1}{2} \left[ \frac{y^5}{5} \right]_{-2}^{1}\end{aligned}$
步骤5:代入上下限计算
- 第一部分:
$\left[ 4(1) - 2(1)^2 + \frac{1^3}{3} \right] - \left[ 4(-2) - 2(-2)^2 + \frac{(-2)^3}{3} \right] = \frac{7}{3} - \left( -\frac{56}{3} \right) = \frac{63}{3} = 21$ - 第二部分:
$\left[ \frac{1^5}{5} - \frac{(-2)^5}{5} \right] = \frac{1}{5} - \left( -\frac{32}{5} \right) = \frac{33}{5}$
步骤6:合并结果
$\frac{1}{2} \cdot 21 - \frac{1}{2} \cdot \frac{33}{5} = \frac{21}{2} - \frac{33}{10} = \frac{105}{10} - \frac{33}{10} = \frac{72}{10} = \frac{36}{5}$