题目
设 f(x, y) 连续,则 int_(0)^1 dx int_(0)^x^2 f(x, y)dy + int_(1)^3 dx int_(0)^(1)/(2)(3-x) f(x, y)dy = ( ).A. int_(0)^1 dy int_(0)^sqrt(y) f(x, y)dxB. int_(0)^1 dy int_(x^2)^(1)/(2)(3-x) f(x, y)dxC. int_(0)^1 dy int_(sqrt(y))^3-2y f(x, y)dxD. int_(0)^1 dy int_(0)^y^2 f(x, y)dx + int_(1)^3 dy int_(0)^(1)/(2)(3-y) f(x, y)dx
设 $f(x, y)$ 连续,则 $\int_{0}^{1} dx \int_{0}^{x^2} f(x, y)dy + \int_{1}^{3} dx \int_{0}^{\frac{1}{2}(3-x)} f(x, y)dy = (\quad)$.
A. $\int_{0}^{1} dy \int_{0}^{\sqrt{y}} f(x, y)dx$
B. $\int_{0}^{1} dy \int_{x^2}^{\frac{1}{2}(3-x)} f(x, y)dx$
C. $\int_{0}^{1} dy \int_{\sqrt{y}}^{3-2y} f(x, y)dx$
D. $\int_{0}^{1} dy \int_{0}^{y^2} f(x, y)dx + \int_{1}^{3} dy \int_{0}^{\frac{1}{2}(3-y)} f(x, y)dx$
题目解答
答案
C. $\int_{0}^{1} dy \int_{\sqrt{y}}^{3-2y} f(x, y)dx$
解析
本题考查二重积分交换积分次序的知识点。解题的关键在于根据已知的积分限确定积分区域,然后再根据新的积分次序重新确定积分限。
步骤一:分析第一个积分$\int_{0}^{1} dx \int_{0}^{x^2} f(x, y)dy$所对应的积分区域$D_1$
- 对于$\int_{0}^{1} dx \int_{0}^{x^2} f(x, y)dy$,积分变量的范围为$0\leqslant x\leqslant 1$,$0\leqslant y\leqslant x^2$。
- 由$y = x^2$可得$x=\sqrt{y}$(因为$x\geqslant0$),所以积分区域$D_1$是由$x = 0$,$x = 1$,$y = 0$和$y = x^2$所围成的区域。
步骤二:分析第二个积分$\int_{1}^{3} dx \int_{0}^{\frac{1}{2}(3 - x)} f(x, y)dy$所对应的积分区域$D_2$
- 对于$\int_{1}^{3} dx \int_{0}^{\frac{1}{2}(3 - x)} f(x, y)dy$,积分变量的范围为$1\leqslant x\leqslant 3$,$0\leqslant y\leqslant \frac{1}{2}(3 - x)$。
- 由$y=\frac{1}{2}(3 - x)$可得$x = 3 - 2y$,所以积分区域$D_2$是由$x = 1$,$x = 3$,$y = 0$和$y=\frac{1}{2}(3 - x)$所围成的区域。
步骤三:确定总的积分区域$D = D_1\cup D_2$
- 联立$\begin{cases}y = x^2\\y=\frac{1}{2}(3 - x)\end{cases}$,将$x=\sqrt{y}$代入$y=\frac{1}{2}(3 - x)$得$2y=3-\sqrt{y}$,即$(\sqrt{y})^2+\sqrt{y}-3 = 0$,令$t=\sqrt{y}$,则$t^2 + t - 3 = 0$,解得$t=\frac{-1\pm\sqrt{13}}{2}$,因为$t\geqslant0$,所以$t=\frac{-1 + \sqrt{13}}{2}$,$y=\frac{13 - 2\sqrt{13}+1}{4}=\frac{14 - 2\sqrt{13}}{4}=\frac{7-\sqrt{13}}{2}\approx1$(取近似值方便分析)。
- 当交换积分次序为$dy$在前,$dx$在后时,$y$的范围是$0\leqslant y\leqslant 1$。
- 对于固定的$y$,$x$的下限是$x=\sqrt{y}$(来自$D_1$),上限是$x = 3 - 2y$(来自$D_2$)。
步骤四:写出交换积分次序后的二重积分
根据上述分析,交换积分次序后可得$\int_{0}^{1} dy \int_{\sqrt{y}}^{3 - 2y} f(x, y)dx$。