设矩形D = [0, 4] times [0, 1],则iint_(D) min(x, y), dx , dy = ( ). A (2)/(3) B (11)/(6). C (4)/(3). D (11)/(3)
设矩形$D = [0, 4] \times [0, 1]$,则$\iint_{D} \min(x, y)\, dx \, dy = (\quad)$.
A $\frac{2}{3}$
B $\frac{11}{6}$.
C $\frac{4}{3}$.
D $\frac{11}{3}$
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,特别是处理分段函数$\min(x, y)$的方法。关键在于合理划分积分区域,将积分转化为两个或多个简单区域上的积分之和。
解题思路:
- 区域划分:根据$\min(x, y)$的定义,当$x \geq y$时取$y$,当$y > x$时取$x$。但需注意积分区域$D = [0,4] \times [0,1]$中,$y$的最大值为1,因此当$x > 1$时,$y$始终小于$x$,此时$\min(x, y) = y$。
- 分段积分:将积分区域分为三部分:
- $0 \leq x \leq 1$且$0 \leq y \leq x$(此时$\min(x, y) = y$);
- $0 \leq x \leq 1$且$x \leq y \leq 1$(此时$\min(x, y) = x$);
- $1 \leq x \leq 4$且$0 \leq y \leq 1$(此时$\min(x, y) = y$)。
- 逐部分计算:分别计算各部分积分后相加。
步骤1:划分积分区域
将积分区域$D$分为三部分:
- $D_1$:$0 \leq x \leq 1$,$0 \leq y \leq x$,此时$\min(x, y) = y$;
- $D_2$:$0 \leq x \leq 1$,$x \leq y \leq 1$,此时$\min(x, y) = x$;
- $D_3$:$1 \leq x \leq 4$,$0 \leq y \leq 1$,此时$\min(x, y) = y$。
步骤2:计算各部分积分
积分$D_1$:
$\iint_{D_1} y \, dx \, dy = \int_{0}^{1} \int_{0}^{x} y \, dy \, dx = \int_{0}^{1} \left[ \frac{1}{2} y^2 \right]_{0}^{x} dx = \int_{0}^{1} \frac{1}{2} x^2 dx = \frac{1}{6} x^3 \Big|_{0}^{1} = \frac{1}{6}$
积分$D_2$:
$\iint_{D_2} x \, dx \, dy = \int_{0}^{1} \int_{x}^{1} x \, dy \, dx = \int_{0}^{1} x(1 - x) dx = \int_{0}^{1} (x - x^2) dx = \left[ \frac{1}{2} x^2 - \frac{1}{3} x^3 \right]_{0}^{1} = \frac{1}{6}$
积分$D_3$:
$\iint_{D_3} y \, dx \, dy = \int_{1}^{4} \int_{0}^{1} y \, dy \, dx = \int_{1}^{4} \left[ \frac{1}{2} y^2 \right]_{0}^{1} dx = \int_{1}^{4} \frac{1}{2} dx = \frac{1}{2} (4 - 1) = \frac{3}{2}$
步骤3:总积分
将三部分积分相加:
$\frac{1}{6} + \frac{1}{6} + \frac{3}{2} = \frac{1}{3} + \frac{9}{6} = \frac{11}{6}$