重积分

1. 二重积分

​ 二重积分在几何上有两重含义:

  1. 曲面柱体的体积

  2. 平面薄片的质量

    对于函数$z=f(x,y)$,有界闭区域$D$而言:

在第一种情况下,函数$z=f(x,y)$代表曲面柱形的顶面。

第二种情况下,函数$z=g(x,y)$代表平面薄片的线密度


​ 二重积分的表达式为:

​ $\iint_Df(x,y)dxdy$

其中有界闭区域$D=dxdy$,叫做直角坐标系的面积元素

2.二重积分的性质

  • ① 两个函数之和的二重积分等于两个函数的二重积分之和

  • ② 二重积分中的常数项可提取到积分号外面

  • ③ $\iint_D1\cdot d\sigma=\iint_D d\sigma$

  • ④ 若在$D$上,有$f(x,y)\leq g(x,y)$,则: $\iint_Df(x,y)d\sigma\leq\iint_Dg(x,y)d\sigma$

  • ⑤ $|\iint_Df(x,y)d\sigma|\leq_D|f(x,y)|d\sigma$

  • ⑥ 若在$D$上,有:$\leq f(x,y)\leq M$ 则:$m\sigma\leq\iint_D f(x,y)d\sigma\leq M\sigma$

  • ⑦ 二重积分的中值定理:设函数$f(x,y)在闭区域$D$上连续,$$\sigma$是​$D$的面积,则​$D$上至少存在一点​$(\xi,\eta)$,使得: $\iint_D f(x,y)d\sigma = f(\xi,\eta)\sigma$

3.二重积分的解法

​ 二重积分在解法上分为两种。分别适用于X型积分区域DY型积分区域D

  1. X型区域:

$\iint_Df(x,y)d\sigma=\int_a^bdx\int_{\phi_1(x)}^{\phi_2(x)}f(x,y)dy​$

其中,$a\leq x\leq b,\phi_1(x)\leq y\leq\phi_2(x)$

  1. Y型区域:

    $\iint_Df(x,y)d\sigma=\int_c^ddy\int_{\psi_1(y)}^{\psi_2(y)}f(x,y)dx$

其中,$c\leq y\leq d,\psi_1(y)\leq y \leq\psi_2(x)$

总结来说

​ X型区域先对y进行积分,在对x进行积分;而Y型区域先对x进行积分,再对y进行积分。

4.积分区域选取的原则

  • [x] 优先选取可积分的区域

  • [x] 若X型和Y型均可积分,则优先选取简单的积分区域

  • [x] 若X型和Y型积分难度相似,则优先选取分割次数少的积分区域

附注:不可积分函数

  • $e^{ax^2}$

  • $\frac{\sin x}{x}$

  • $\frac{x^n}{\ln x}$

  • $\sin x^2$

    以上函数的积分结果是超越积分,也就是非初等函数积分。

    不可积分函数