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第九节 在极坐标系下二重积分的计算
根据微元法可得到极坐标系下的面积微元
drdrd 注意到直角坐标与极坐标之间的转换关系为
xrcos, yrsin, 从而就得到在直角坐标系与极坐标系下二重积分转换公式为
f(x,y)dxdyf(rcos,rsin)rdrd (9.1)
D
D
内容分布图示
★ 利用极坐标系计算二重积分 ★ 二重积分化为二次积分的公式
★ 例1 ★ 例2 ★ 例3 ★ 例4 ★ 例5 ★ 例6 ★ 例7 ★ 例8
★ 内容小结 ★ 课堂练习
★ 习题6-9 ★ 返回
内容提要:
一、二重积分的计算
1.如果积分区域D介于两条射线,之间,而对D内任一点(r,),其极径总是介于曲线r1(),r2()之间(图6-9-2),则区域D的积分限
,1()r2().
于是
f(x,y)dxdyf(rcos,rsin)rdrd
D
D
d
2()
1()
f(rcos,rsin)rdr.(9.2)
具体计算时,内层积分的上、下限可按如下方式确定:从极点出发在区间(,)上任意作一条极角为的射线穿透区域D(图6-9-2),则进入点与穿出点的极径1(),2()就分别为内层积分的下限与上限.
2.如果积分区域D是如图6-9-3所示的曲边扇形,则可以把它看作是第一种情形中当
1()0,2()()的特例,此时,区域D的积分限
,0r().
于是
D
f(x,y)dxdyd
()
0
f(rcos,rsin)rdr.(9.3)
3.如果积分区域D如图6-9-4所示,极点位于D的内部,则可以把它看作是第二种情形中当0,2的特例,此时,区域D的积分限
02,0r().
于是
f(x,y)dxdy
D
2
0
d
()
0
f(rcos,rsin)rdr.(9.4)
注:根据二重积分的性质3,闭区域D的面积在极坐标系下可表示为
drdrd (9.5)
D
D
如果区域D如图6-9-3所示,则有
rdrdd
D
()
0
rdr
1
()d (9.6) 2
例题选讲:
例1(讲义例1)计算
dxdy22
,其中D是由xy1所确定的圆域. 221xyD
例2(讲义例2) 计算所确定的圆环域.
D
sin(x2y2)
x2y2
dxdy, 其中积分区域D是由1x2y24
y2
例3(讲义例3)计算2dxdy, 其中D是由曲线x2y22x所围成的平面区域.
xD
例4(讲义例4)写出在极坐标系下二重积分
f(x,y)dxdy的二次积分,其中区域
D
D{(x,y)|1xy1x2,0x1}.
例5 计算
D
(x2y2)dxdy,其中D为由圆x2y22y,x2y24y及直线x3y0,
y3x0所围成的平面闭区域.
例6 将二重积分
2
f(x,y)d
D
化为极坐标形式的二次积分,其中D是曲线
aa22
及直线xy0所围成上半平面的区域. xya, xy
24
2
2
2
例7(讲义例5)求曲线(x2y2)22a2(x2y2)和x2y2a所围成区域D的面积.
例8(讲义例6)求球体x2y2z24a2被圆柱面x2y22ax(a0)所截得的(含在圆柱面内的部分)立体的体积(图6-9-9).
课堂练习
1.计算2.计算
xeD
2
y2
dxdy, 其中D是由中心在原点, 半径为a的圆周所围成的闭区域.
2222
其中D:xy3. |xy2|d,
D
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