设区域 = (x,y)|{x)^2+(y)^2leqslant 4,xgeqslant 0,ygeqslant 0} ,f(x)是正值连续函数,a,b为常数,则-|||-.iint dfrac (asqrt {f(x))+bsqrt (f(y))}(sqrt {f(x))+sqrt (f(y))}dx=-|||-(A)abπ. (B) dfrac (ab)(2)pi . (C) (a+b)pi . (D) dfrac (a+b)(2)pi
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查二重积分的对称性应用,特别是轮换对称性在积分计算中的简化作用。关键在于识别积分区域的对称性,并利用被积函数的结构特点进行变量交换,从而将复杂积分转化为简单形式。
解题核心思路:
- 观察积分区域:区域$D$是第一象限内的四分之一圆,关于$x$和$y$对称,因此可以利用轮换对称性。
- 拆分被积函数:将分子拆分为两部分,分别对应$a\sqrt{f(x)}$和$b\sqrt{f(y)}$,再结合分母的对称性,发现两部分积分结果相同。
- 简化计算:通过变量交换或代入特殊函数(如$f(x)=1$),直接计算积分值。
破题关键点:
- 轮换对称性的应用,将两个对称积分项合并简化。
- 特殊值代入法(如$f(x)=1$)快速验证结果。
步骤1:拆分被积函数
将积分拆分为两部分:
$\iint_D \frac{a\sqrt{f(x)}}{\sqrt{f(x)}+\sqrt{f(y)}} \,dx\,dy + \iint_D \frac{b\sqrt{f(y)}}{\sqrt{f(x)}+\sqrt{f(y)}} \,dx\,dy.$
步骤2:利用对称性简化
对第二个积分交换$x$和$y$,积分区域$D$不变,得:
$\iint_D \frac{b\sqrt{f(x)}}{\sqrt{f(y)}+\sqrt{f(x)}} \,dx\,dy.$
因此,两个积分的被积函数相同,记为$I$,则原积分可表示为:
$aI + bI = (a + b)I.$
步骤3:计算对称积分$I$
由于被积函数在交换$x$和$y$后不变,且分母为$\sqrt{f(x)}+\sqrt{f(y)}$,可得:
$I = \iint_D \frac{\sqrt{f(x)}}{\sqrt{f(x)}+\sqrt{f(y)}} \,dx\,dy = \frac{1}{2} \iint_D 1 \,dx\,dy = \frac{1}{2} \cdot \text{区域$D$的面积}.$
区域$D$是半径为2的四分之一圆,面积为$\frac{1}{4} \pi \cdot 2^2 = \pi$,故:
$I = \frac{\pi}{2}.$
步骤4:代入结果
原积分结果为:
$(a + b) \cdot \frac{\pi}{2} = \frac{a + b}{2} \pi.$