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齐民友高数下册上课第10章03极坐标系下二重积分的计算(1)VIP免费

齐民友高数下册上课第10章03极坐标系下二重积分的计算(1)_第1页
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3第3节极坐标系下二重积分的计算在有些情形下,用极坐标来计算二重积分比较简便.3.1利用极坐标计算二重积分设区域用极坐标表示为(看黑板图).(参见图3.2,其中称为小边界,称为大边界。)要计算用下面特殊分割和特殊取点计算上面二重积分。用一些射线常数、一些圆弧常数分割。设第小块的极角、极角增量、极径、极径增量为,则。取点。则我们发现右边极限正好是用极坐标计算的积分。因此这就是用极坐标计算二重积分的公式。(刚好夹在射线之间;小边界和大边界的找法:,射线截得截线。)注意:用极坐标计算二重积分时,总是先对后对积分;用坐标关系,代入,并且面积元素多一个因子,即.18离散数学(2)若区域的小边界收归极点(图3.3),则可表示为:,则有;(3)若极点包含在区域的内部(图3.4),可表示为:,故有.有时或是边界的切线(看黑板图)。图3.3OAab图3.2OA1()a2()bD图3.4OA()D17第1章集合【例3.1】计算,其中分别为()(1);(2);(3).解(1):为圆心在原点,半径为的上半圆域(图3.5).其在极坐标系下表示为:,故.(2):为圆心在原点,半径为的右半圆域(图3.6).其在极坐标系下可表示为:,故.y图3.5xy图3.7Oxy图3.6Ox18离散数学(3):为圆心在点处,半径为的圆的上半圆域(图3.7).极坐标系下可表示为,故,.【例3.2】求,其中是由,,,所围的位于第一象限部分的闭区域.解边界曲线在极坐标系下的方程为:,,,.求边界曲线的交点.由,,得,所以.区域的大有两个不一样的表示式,必须用射线将区域分成两块(图3.8).;.方法总结:当边界的表示式不一致时,作适当分割。1Dy图3.8Ox2D17第1章集合【例3.3】计算,其中.解函数在直角坐标系下无法直接积分.利用极坐标系,有,,故.现利用上述结论来求得积分:.设,,.则有(图3.9),因,由积分的不等式性质,有,由上例可知,,故有,又因为,,所以,即.称为Euler-Poisson积分,其值为,这一结论在概率论等课程中有着重要的应用.注意:积不出来。方法总结:当积分区域的边界有圆弧,或被积函数有时,用极坐标计算二重积分特别简单。ay图3.9Ox2a18离散数学(测)【例3.4】设平面上两定点间的距离为,动点到两定点的距离之积为,称动点的轨迹为双纽线.求双纽线所围图形的面积.解建立直角坐标系.设两定点的坐标为,,动点的坐标为,则有,,由题意得,即,整理方程得,,令,,,故曲线方程为:.由曲线方程知,双纽线关于,轴是对称的,故的面积是的面积的4倍.这里..利用对称性可以简化计算。当积分区域的对称性与被积函数关于自变量的奇偶性相配合时,关于二重积分的计算,容易得到如下结论:(1)若被积函数关于是奇函数,积分区域关于轴对称,则有;(2)若被积函数关于是偶函数,积分区域关于轴对称,则有,其中为位于轴的右侧的半区域.(3)若被积函数关于是奇函数,积分区域关于轴对称,则有;(4)若被积函数关于是偶函数,积分区域关于轴对称,则有,其中为位于轴的上侧的半区域.(5)若积分区域关于对称,则有,我们y图3.10Ox1D2P1P17第1章集合也称这种对称性为轮换对称性.【例3.5】计算,其中.解因积分区域是圆域,关于轴、轴对称,故有,此处利用了上面性质(1),(3).从而有.又因关于直线对称,由上面性质(5),有,从而.思考题:1.若,,则有(1);(2);上面两式是否成立?((1)错,(2)对。)2.设,则.是否正确?(错!因为积分过程中,积分变量在整个积分区域上变化,而不只是在的边界上。)18离散数学3.2*二重积分的换元法上面我们介绍了利用极坐标系计算二重积分,当积分区域或被积函数具有某种特点时,利用极坐标变换可使二重积分的计算简化.但极坐标变换只是一种特殊的坐标变换,有时我们还可以通过一般的坐标变换简化积分的计算.下面我们介绍一般的坐标变换下二重积分的计算公式.定理3.1设函数在平面上的有界闭区域上连续,变换,,(3.2)将面上的平面区域一一对应地映射为平面的区域,函数,在上有一阶连续偏导数,且,时,则有二重积分的换元公式.(3.3)此公式的证明较为复杂,仅做一般的说明.在上述变换下,面上的点可用两曲线的交点来表示,即,(3.4)...

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