数学知识整理:二重积分

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主题 972|帖子 972|积分 2926

1 二重积分的性质

1.1 f(x,y)在有界闭区域上可积的充分条件&必要条件



  • 在有界闭区域D上可积的函数f(x,y)必然是D上的有界函数
  • 有界闭区域D上的连续函数或者分片连续函数f(x,y)在D上可积
1.2 线性性质


1.3 积分区域可加

(换言之,区域D被一条曲线分成两个部分区域D1和D2)
1.4 积分不等式


1.5 中值定理

如果函数f(x,y)在有界闭区域D上连续,那么在D上至少存在一点,使得,其中σ为区域D的面积
2 二重积分的计算方法

二重积分的计算总是化成累次积分来进行,也就是做一次定积分,再做一次定积分来进行计算。

 
2.1 按区域和形状分类

 


2.2 二重积分简化计算



  • 当区域D关于x轴对称时

    • · ,f(x,y)是奇函数
    • ,f(x,y)是偶函数,且D1是D的上半平面或者下半平面

  • 当区域D关于y轴对称时

    • · ,f(x,y)是奇函数
    • ,f(x,y)是偶函数,且D1是D的左半平面或者右半平面

  • 当区域D关于x轴,y轴都对称时

    •  · ,f(x,y)是奇函数
    • ,f(x,y)是偶函数,且D1是D在任一象限中的部分

1.2.3 举例


 
 
3 二重积分极坐标二重积分


 




  • 对于左边的情况, 
  • 对于右边的情况,
3.1 举例




 
 4  二重积分的换元

设函数f(x,y)在有界闭区域D上连续,如果变换 满足以下三个条件


  • 将uv平面上区域D'一一对应到xy平面上的D
  • 变换函数x(u,v),y(u,v)在D'上连续,且有连续的一阶偏微商
  • 雅可比行列式 在D'上不取零值
则有换元公式
注:可以证明上述三个条件可以适当地放宽:对于(1)和(3),可以允许个别点/个别曲线上不满足;对于(2),可以允许分段连续
4.1 举例

求二重积分  其中区域D是由抛物线 围成的


这里无论有那种次序的累次积分,都需要将D分成几块,比较繁琐。
不过如果我们把曲线边界表示为 
时候,也就是进行变换时,可以迎刃而解。此时
雅可比矩阵
所以原式



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