题目
[题目]-|||-积分 (int )_(0)^2dx(int )_(x)^2(e)^-(y^2)dy 的值等于 __

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查二重积分的计算,特别是交换积分顺序的应用。当被积函数在某一变量上的积分无法直接求出时,通过调整积分顺序简化计算是关键。
解题核心思路:
- 识别积分区域:原积分区域为 $0 \leq x \leq 2$,$x \leq y \leq 2$,对应平面区域是一个三角形。
- 交换积分顺序:将积分顺序从先$y$后$x$调整为先$x$后$y$,此时$y$的范围变为$0 \leq y \leq 2$,而$x$的范围为$0 \leq x \leq y$。
- 简化积分:交换后内层积分对$x$积分,结果为$y$,从而将原积分转化为对$y$的单变量积分,利用代换法即可求解。
步骤1:交换积分顺序
原积分区域为 $0 \leq x \leq 2$,$x \leq y \leq 2$,交换积分顺序后,积分区域变为 $0 \leq y \leq 2$,$0 \leq x \leq y$。因此原积分可改写为:
$\int_{0}^{2} \int_{0}^{y} e^{-y^{2}} \, dx \, dy$
步骤2:计算内层积分
内层积分对$x$积分,$e^{-y^{2}}$与$x$无关,因此:
$\int_{0}^{y} e^{-y^{2}} \, dx = e^{-y^{2}} \cdot \int_{0}^{y} dx = e^{-y^{2}} \cdot y = y e^{-y^{2}}$
步骤3:计算外层积分
外层积分变为:
$\int_{0}^{2} y e^{-y^{2}} \, dy$
令 $u = -y^{2}$,则 $du = -2y \, dy$,即 $- \frac{1}{2} du = y \, dy$。积分上下限变为:
- 当 $y = 0$ 时,$u = 0$;
- 当 $y = 2$ 时,$u = -4$。
代入得:
$\int_{0}^{2} y e^{-y^{2}} \, dy = -\frac{1}{2} \int_{0}^{-4} e^{u} \, du = -\frac{1}{2} \left[ e^{u} \right]_{0}^{-4} = -\frac{1}{2} \left( e^{-4} - 1 \right) = \frac{1 - e^{-4}}{2}$