定义:
∬
D
f
(
x
,
y
)
d
σ
=
lim
λ
→
0
∑
i
=
1
n
f
(
x
i
,
y
i
)
Δ
σ
i
\iint\limits_{D}f(x,y)d \sigma=\lim\limits_{\lambda \to 0}\sum\limits_{i=1}^{n}f(x_{i},y_{i})\Delta \sigma_{i}
D∬f(x,y)dσ=λ→0limi=1∑nf(xi,yi)Δσi
二重积分 ∬ D f ( x , y ) d σ ∬ D∬f(x,y)dσ是一个数,当 f ( x , y ) ≥ 0 f(x,y)\geq 0 f(x,y)≥0时,其值等于以区域 D D D为底,以曲面 z = f ( x , y ) z=f(x,y) z=f(x,y)为曲顶的曲顶柱体的体积;当 f ( x , y ) ≤ 0 f(x,y)\leq 0 f(x,y)≤0时,二重积分的值为负值,其绝对值等于上述圆顶柱体的体积
性质1(不等式):
性质2(中值定理):设函数
f
(
x
,
y
)
f(x,y)
f(x,y)在闭区域
D
D
D上连续,
S
S
S为区域
D
D
D的面积,则在
D
D
D上至少存在一点
(
ξ
,
η
)
(\xi ,\eta )
(ξ,η),使得
∬
D
f
(
x
,
y
)
d
σ
=
f
(
ξ
,
η
)
⋅
S
\iint\limits_{D}f(x,y)d \sigma=f(\xi ,\eta )\cdot S
D∬f(x,y)dσ=f(ξ,η)⋅S
先
y
y
y后
x
x
x
∬
D
f
(
x
,
y
)
d
σ
=
∫
a
b
d
x
∫
ϕ
2
(
x
)
ϕ
1
(
x
)
f
(
x
,
y
)
d
y
\iint\limits_{D}f(x,y)d \sigma=\int_{a}^{b}dx \int_{\phi_{2}(x)}^{\phi_{1}(x)}f(x,y)dy
D∬f(x,y)dσ=∫abdx∫ϕ2(x)ϕ1(x)f(x,y)dy
先
x
x
x后
y
y
y
∬
D
f
(
x
,
y
)
d
σ
=
∫
c
d
d
y
∫
ψ
2
(
y
)
ψ
1
(
y
)
f
(
x
,
y
)
d
x
\iint\limits_{D}f(x,y)d \sigma=\int_{c}^{d}dy \int_{\psi _{2}(y)}^{\psi_{1}(y)}f(x,y)dx
D∬f(x,y)dσ=∫cddy∫ψ2(y)ψ1(y)f(x,y)dx
先
ρ
\rho
ρ后
θ
\theta
θ
∬
D
f
(
x
,
y
)
d
σ
=
∫
α
β
d
θ
∫
ϕ
1
(
θ
)
ϕ
2
(
θ
)
f
(
ρ
cos
θ
,
ρ
sin
θ
)
ρ
d
ρ
\iint\limits_{D}f(x,y)d \sigma=\int_{\alpha}^{\beta}d \theta \int_{\phi_{1}(\theta )}^{\phi_{2}(\theta )}f(\rho \cos \theta ,\rho \sin \theta )\rho d \rho
D∬f(x,y)dσ=∫αβdθ∫ϕ1(θ)ϕ2(θ)f(ρcosθ,ρsinθ)ρdρ
常用于相同
θ
\theta
θ对应的不同
ρ
\rho
ρ
适合用极坐标计算的二重积分的特征
- 适合用极坐标计算的被积函数
f ( x 2 + y 2 ) , f ( y x ) , f ( x y ) f(\sqrt{x^{2}+y^{2}}),f(\frac{y}{x}),f(\frac{x}{y}) f(x2+y2),f(xy),f(yx)- 适合用极坐标的积分域
x 2 + y 2 ≤ R 2 r 2 ≤ x 2 + y 2 ≤ R 2 x 2 + y 2 ≤ 2 a x x 2 + y 2 ≤ 2 b yx2r2≤x2x2x2+y2≤R2+y2≤R2+y2≤2ax+y2≤2by" role="presentation" style="position: relative;"> x 2 + y 2 ≤ R 2 r 2 ≤ x 2 + y 2 ≤ R 2 x 2 + y 2 ≤ 2 a x x 2 + y 2 ≤ 2 b y
如果圆心既不在坐标原点也不在坐标轴,考虑平移+极坐标,即
令 x − x 0 = ρ sin θ , y − y 0 = ρ sin θ 令x-x_{0}=\rho \sin \theta ,y-y_{0}=\rho \sin \theta 令x−x0=ρsinθ,y−y0=ρsinθ
则有
∫ 0 2 π d θ ∫ 0 R ( ) ρ d ρ \int_{0}^{2\pi}d \theta \int_{0}^{R}(\quad )\rho d \rho ∫02πdθ∫0R()ρdρ
若积分域
D
D
D关于
y
y
y轴对称,则
∬
D
f
(
x
,
y
)
d
σ
=
{
2
∬
D
x
≥
0
f
(
x
,
y
)
d
σ
f
(
−
x
,
y
)
=
f
(
x
,
y
)
0
f
(
−
x
,
y
)
=
−
f
(
x
,
y
)
\iint\limits_{D}f(x,y)d \sigma=\left\{\right.
D∬f(x,y)dσ=⎩
⎨
⎧2Dx≥0∬f(x,y)dσ0f(−x,y)=f(x,y)f(−x,y)=−f(x,y)
若积分域
D
D
D关于
x
x
x轴对称,则
∬
D
f
(
x
,
y
)
d
σ
=
{
2
∬
D
y
≥
0
f
(
x
,
y
)
d
σ
f
(
x
,
−
y
)
=
f
(
x
,
y
)
0
f
(
x
,
−
y
)
=
−
f
(
x
,
y
)
\iint\limits_{D}f(x,y)d \sigma=\left\{\right.
D∬f(x,y)dσ=⎩
⎨
⎧2Dy≥0∬f(x,y)dσ0f(x,−y)=f(x,y)f(x,−y)=−f(x,y)
若
D
D
D关于
y
=
x
y=x
y=x对称,则
∬
D
f
(
x
,
y
)
d
σ
=
∬
D
f
(
y
,
x
)
d
σ
\iint\limits_{D}f(x,y)d \sigma=\iint\limits_{D}f(y,x)d \sigma
D∬f(x,y)dσ=D∬f(y,x)dσ
例1:交换累次积分 ∫ 0 1 d x ∫ x 2 2 − x f ( x , y ) d y ∫01dx∫x22−xf(x,y)dy的次序
![![[附件/Pasted image 20220913153102.png|200]]](https://1000bd.com/contentImg/2023/11/06/021607640.png)
原式 = ∫ 0 1 d y ∫ 0 y f ( x , y ) d x + ∫ 1 2 d y ∫ 0 2 − y f ( x , y ) d x 原式=\int_{0}^{1}dy \int_{0}^{\sqrt{y}}f(x,y)dx+\int_{1}^{2}dy \int_{0}^{2-y}f(x,y)dx 原式=∫01dy∫0yf(x,y)dx+∫12dy∫02−yf(x,y)dx
例2:累次积分 ∫ 0 π 2 d θ ∫ 0 cos θ f ( ρ cos θ , ρ sin θ ) ρ d ρ ∫02πdθ∫0cosθf(ρcosθ,ρsinθ)ρdρ化为直角坐标
ρ
=
cos
θ
⇒
ρ
2
=
ρ
cos
θ
⇒
x
2
+
y
2
=
x
ρ
=
0
θ
∈
(
0
,
π
2
)
ρρθ=cosθ⇒ρ2=ρcosθ⇒x2+y2=x=0∈(0,2π)
![![[附件/Pasted image 20220913155617.png|300]]](https://1000bd.com/contentImg/2023/11/06/021607633.png)
因此有
原式
=
∫
0
1
2
d
y
∫
1
2
−
1
4
−
y
2
1
2
+
1
4
−
y
2
f
(
x
,
y
)
d
y
原式
=
∫
0
1
d
x
∫
0
x
−
x
2
f
(
x
,
y
)
d
x
原式原式=∫021dy∫21−41−y221+41−y2f(x,y)dy=∫01dx∫0x−x2f(x,y)dx
不同坐标系累次积分相互转化,先画区域,然后重新定上下限即可
例3:积分 ∫ 0 2 d x ∫ 0 2 x − x 2 x 2 + y 2 d y ∫02dx∫02x−x2x2+y2dy的值等于()
累次积分不好算,考虑交换积分次序,换坐标系
原式 = ∫ 0 π 2 d θ ∫ 0 2 cos θ ρ ⋅ ρ d ρ = 8 3 ∫ 0 π 2 cos 3 θ d θ = 8 3 2 3 = 16 9 原式=∫02πdθ∫02cosθρ⋅ρdρ=38∫02πcos3θdθ=3832=916
例4:设 D : { ( x , y ) ∣ x 2 + y 2 ≤ 1 } D:\left\{(x,y)|x^{2}+y^{2} \leq 1\right\} D:{(x,y)∣x2+y2≤1},则 ∬ D ( x 2 − y ) d x d y = ( ) D∬(x2−y)dxdy=()
原式 = ∬ D x 2 d x d y = ∬ D y 2 d x d y = 1 2 ∬ D ( x 2 + y 2 ) d x d y = 1 2 ∫ 0 2 π d θ ∫ 0 1 ρ 2 ρ d ρ = 1 2 ⋅ 2 π ⋅ 1 4 = π 4 原式=D∬x2dxdy=D∬y2dxdy=21D∬(x2+y2)dxdy=21∫02πdθ∫01ρ2ρdρ=21⋅2π⋅41=4π
对称性常用于平方项化极坐标,本题就是一个例子,还有类似
设 D : { ( x , y ) ∣ x 2 + y 2 ≤ 1 } D:\left\{(x,y)|x^{2}+y^{2} \leq 1\right\} D:{(x,y)∣x2+y2≤1},则
∬ D ( 2 x − 3 y ) 2 d x d y = ∬ D ( 4 x 2 − 12 x y + 9 y 2 ) d x d y = ∬ D ( 4 x 2 + 9 y 2 ) d x d y = ∬ D ( 4 y 2 + 9 x 2 ) d x d y = 13 2 ∬ D ( x 2 + y 2 ) d x d y = 13 4 π D∬(2x−3y)2dxdy=D∬(4x2−12xy+9y2)dxdy=D∬(4x2+9y2)dxdy=D∬(4y2+9x2)dxdy=213D∬(x2+y2)dxdy=413π
例5:设 D D D是 x O y xOy xOy平面上以 ( 1 , 1 ) , ( − 1 , 1 ) , ( − 1 , − 1 ) (1,1),(-1,1),(-1,-1) (1,1),(−1,1),(−1,−1)为顶点的三角形区域, D 1 D_{1} D1是 D D D在第一象限的部分,说明 ∬ D ( x y + cos x sin y ) d x d y = 2 ∬ D 1 cos x sin y d x d y D∬(xy+cosxsiny)dxdy=2D1∬cosxsinydxdy
将该直角三角形沿
y
=
−
x
y=-x
y=−x划分成两部分,显然
y
=
−
x
y=-x
y=−x以上关于
y
y
y轴对称,
y
=
−
x
y=-x
y=−x以下关于
x
x
x轴对称,因此有
原式
=
∬
D
cos
x
sin
y
d
x
d
y
=
2
∬
D
1
cos
x
sin
y
d
x
d
y
原式=D∬cosxsinydxdy=2D1∬cosxsinydxdy
例6:设平面区域 D D D由曲线 y = 3 ( 1 − x 2 ) y=\sqrt{3(1-x^{2})} y=3(1−x2)与直线 y = 3 x y=\sqrt{3}x y=3x及 y y y轴围成,计算二重积分 ∬ D x 2 d x d y = ( ) D∬x2dxdy=()
原式 = ∫ 0 1 2 d x ∫ 3 x 3 ( 1 − x 2 ) x 2 d y = ∫ 0 1 2 x 2 [ 3 ( 1 − x 2 ) − 3 x ] d x = 3 ∫ 0 1 2 x 2 1 − x 2 d x − 3 ∫ 0 1 2 x 3 d x = 3 ∫ 0 1 2 x 2 1 − x 2 d x − 3 16 = x = sin t 3 ∫ 0 π 4 sin 2 t cos 2 t d t − 3 16 = 3 4 ∫ 0 π 4 ( sin 2 t ) 2 d t − 3 16 = 2 t = u 3 8 ∫ 0 π 2 sin 2 u d u − 3 16 = 3 32 π − 3 16 原式=∫021dx∫3x3(1−x2)x2dy=∫021x2[3(1−x2)−3x]dx=3∫021x21−x2dx−3∫021x3dx=3∫021x21−x2dx−163=x=sint3∫04πsin2tcos2tdt−163=43∫04π(sin2t)2dt−163=2t=u83∫02πsin2udu−163=323π−163
例7:已知平面域 D = { ( x , y ) ∣ x 2 + y 2 ≤ 2 y } D=\left\{(x,y)|x^{2}+y^{2}\leq 2y\right\} D={(x,y)∣x2+y2≤2y}计算二重积分 I = ∬ D ( x + 1 ) 2 d x d y I=D∬(x+1)2dxdy
I = ∬ D ( x 2 + 2 x + 1 ) d x d y = ∬ D ( x 2 + 1 ) d x d y = 2 ∫ 0 π 2 d θ ∫ 0 2 sin θ ρ 2 cos 2 θ ρ d ρ + π 此处 d θ 的上限不用 π 而用 π 2 用的是对称性 而且 π 2 更方便用点火公式 x 2 + y 2 − 2 y = 0 ⇒ ρ 2 = 2 ρ sin θ ⇒ ρ = 2 sin θ = 8 ∫ 0 π 2 sin 4 θ cos 2 θ d θ + π = 8 ∫ 0 π 2 sin 4 θ ( 1 − sin 2 θ ) d θ + π = 8 ( 3 16 π − 15 96 π ) + π = 5 4 π I=D∬(x2+2x+1)dxdy=D∬(x2+1)dxdy=2∫02πdθ∫02sinθρ2cos2θρdρ+π此处dθ的上限不用π而用2π用的是对称性而且2π更方便用点火公式x2+y2−2y=0⇒ρ2=2ρsinθ⇒ρ=2sinθ=8∫02πsin4θcos2θdθ+π=8∫02πsin4θ(1−sin2θ)dθ+π=8(163π−9615π)+π=45π
例8:计算二重积分 ∬ D ∣ x 2 + y 2 − 1 ∣ d σ D∬∣ ∣x2+y2−1∣ ∣dσ,其中 D = { ( x , y ) ∣ 0 ≤ x ≤ 1 , 0 ≤ y ≤ 1 } D=\left\{(x,y)|0\leq x \leq 1,0\leq y \leq 1\right\} D={(x,y)∣0≤x≤1,0≤y≤1}
一元带括号的积分是根据正负分区间,多元也类似。多元分区域,去绝对值,求积分的时候常用减法,因为往往分出来的两块,一块好算,一块不好算,不好算的可以用整体-好算的,即原式变为2×好算的+整体
![![[附件/Pasted image 20220913174341.png|250]]](https://1000bd.com/contentImg/2023/11/06/021607637.png)
如图,将
D
D
D分成
D
1
D_{1}
D1与
D
2
D_{2}
D2两部分
原式
=
∬
D
1
(
1
−
x
2
−
y
2
)
d
σ
+
∬
D
2
(
x
2
+
y
2
−
1
)
d
σ
=
∬
D
1
(
1
−
x
2
−
y
2
)
d
σ
+
[
∬
D
(
x
2
+
y
2
−
1
)
d
σ
−
∬
D
1
(
x
2
+
y
2
−
1
)
d
σ
]
=
2
∬
D
1
(
1
−
x
2
−
y
2
)
d
σ
+
∬
D
(
x
2
+
y
2
−
1
)
d
σ
=
2
∫
0
π
2
d
θ
∫
0
1
(
1
−
ρ
2
)
ρ
d
ρ
+
∫
0
1
d
x
∫
0
1
(
x
2
+
y
2
−
1
)
d
y
=
π
4
−
1
3
原式=D1∬(1−x2−y2)dσ+D2∬(x2+y2−1)dσ=D1∬(1−x2−y2)dσ+[D∬(x2+y2−1)dσ−D1∬(x2+y2−1)dσ]=2D1∬(1−x2−y2)dσ+D∬(x2+y2−1)dσ=2∫02πdθ∫01(1−ρ2)ρdρ+∫01dx∫01(x2+y2−1)dy=4π−31
例8:设平面域 D = { ( x , y ) ∣ 1 ≤ x 2 + y 2 ≤ 4 , x ≥ 0 , y ≥ 0 } D=\left\{(x,y)|1\leq x^{2}+y^{2}\leq 4,x \geq 0,y \geq 0\right\} D={(x,y)∣1≤x2+y2≤4,x≥0,y≥0},计算 ∬ D x sin ( π x 2 + y 2 ) x + y d x d y D∬x+yxsin(πx2+y2)dxdy
观察被积函数显然用直角坐标和极坐标都不好做,因此想其他方法
∬ D x sin ( π x 2 + y 2 ) x + y d x d y = ∬ D y sin ( π x 2 + y 2 ) x + y d x d y = 1 2 [ ∬ D y sin ( π x 2 + y 2 ) x + y d x d y + ∬ D y sin ( π x 2 + y 2 ) x + y d x d y ] = 1 2 ∬ D sin ( π x 2 + y 2 ) d x d y = 1 2 ∫ 0 π 2 d θ ∫ 1 2 sin ( π ρ ) ρ d ρ = − 3 4 D∬x+yxsin(πx2+y2)dxdy=D∬x+yysin(πx2+y2)dxdy=21⎣ ⎡D∬x+yysin(πx2+y2)dxdy+D∬x+yysin(πx2+y2)dxdy⎦ ⎤=21D∬sin(πx2+y2)dxdy=21∫02πdθ∫12sin(πρ)ρdρ=−43
也可以用
∬
D
x
sin
(
π
x
2
+
y
2
)
x
+
y
d
x
d
y
=
∫
0
π
2
cos
θ
cos
θ
+
sin
θ
d
θ
⋅
∫
1
2
ρ
sin
(
π
ρ
)
d
ρ
由于
∫
0
π
2
cos
θ
cos
θ
+
sin
θ
d
θ
=
∫
0
π
2
sin
θ
cos
θ
+
sin
θ
d
θ
=
1
2
∫
0
π
2
cos
θ
+
sin
θ
cos
θ
+
sin
θ
d
θ
=
π
4
∫
1
2
ρ
sin
(
π
ρ
)
d
ρ
=
1
π
(
−
ρ
cos
π
ρ
+
1
π
sin
π
ρ
)
∣
1
2
=
−
3
π
故
∬
D
x
sin
(
π
x
2
+
y
2
)
x
+
y
d
x
d
y
=
−
3
4
D∬x+yxsin(πx2+y2)dxdy由于∫02πcosθ+sinθcosθdθ∫12ρsin(πρ)dρ故D∬x+yxsin(πx2+y2)dxdy=∫02πcosθ+sinθcosθdθ⋅∫12ρsin(πρ)dρ=∫02πcosθ+sinθsinθdθ=21∫02πcosθ+sinθcosθ+sinθdθ=4π=π1(−ρcosπρ+π1sinπρ)∣
∣12=−π3=−43
这里用到了区间再现公式,即
∫ a b f ( x ) d x = x = a + b − t ∫ a b f ( a + b − t ) d t \int_{a}^{b}f(x)dx \overset{x=a+b-t}{=}\int_{a}^{b}f(a+b-t)dt ∫abf(x)dx=x=a+b−t∫abf(a+b−t)dt
观察左右两式,显然积分区域不变
也可以不用公式,用正常思路
∬
D
x
sin
(
π
x
2
+
y
2
)
x
+
y
d
x
d
y
=
∫
0
π
2
cos
θ
cos
θ
+
sin
θ
d
θ
⋅
∫
1
2
ρ
sin
(
π
ρ
)
d
ρ
\iint\limits_{D}\frac{x \sin (\pi \sqrt{x^{2}+y^{2}})}{x+y}dxdy=\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\frac{\cos \theta }{\cos \theta +\sin \theta }d \theta \cdot \int_{1}^{2}\rho \sin (\pi \rho)d \rho
D∬x+yxsin(πx2+y2)dxdy=∫02πcosθ+sinθcosθdθ⋅∫12ρsin(πρ)dρ
显然满足
R
(
−
sin
θ
,
−
cos
θ
)
=
−
R
(
sin
θ
,
cos
θ
)
R(-\sin \theta ,-\cos \theta )=-R(\sin \theta ,\cos \theta )
R(−sinθ,−cosθ)=−R(sinθ,cosθ),因此,令
u
=
tan
θ
u=\tan \theta
u=tanθ
∫
0
π
2
cos
θ
cos
θ
+
sin
θ
d
θ
=
∫
0
π
2
cos
2
θ
1
+
tan
θ
d
tan
θ
=
∫
0
π
2
1
(
tan
2
θ
+
1
)
(
1
+
tan
θ
)
d
tan
θ
=
u
=
tan
θ
∫
0
+
∞
1
(
1
+
u
)
(
1
+
u
2
)
d
u
=
∫
0
+
∞
[
A
1
+
u
+
B
u
+
C
1
+
u
2
]
d
u
⇒
{
A
+
B
=
0
B
+
C
=
0
A
+
C
=
1
解得
{
A
=
1
2
B
=
−
1
2
C
=
1
2
=
1
2
∫
0
+
∞
1
1
+
u
d
u
+
1
2
∫
0
+
∞
−
u
+
1
u
2
+
1
d
u
=
1
2
ln
(
1
+
u
)
∣
u
=
+
∞
−
1
2
∫
0
+
∞
1
2
d
(
u
2
+
1
)
−
d
u
u
2
+
1
=
1
2
ln
(
1
+
u
)
∣
u
=
+
∞
−
1
4
ln
(
u
2
+
1
)
∣
u
=
+
∞
+
1
2
arctan
u
∣
u
=
+
∞
=
1
4
ln
(
u
2
+
2
u
+
1
u
2
+
1
)
∣
u
=
+
∞
+
π
4
=
1
4
ln
(
1
+
2
u
u
2
+
1
)
∣
u
=
+
∞
+
π
4
=
0
+
π
4
=
π
4
\right.解得\left\{\right.\\ &=\frac{1}{2}\int_{0}^{+\infty} \frac{1}{1+u}du+ \frac{1}{2}\int_{0}^{+\infty}\frac{-u+1}{u^{2}+1}du\\ &=\frac{1}{2}\ln (1+u)\Big|_{u=+\infty}^{}- \frac{1}{2}\int_{0 }^{+\infty}\frac{\frac{1}{2}d(u^{2}+1)-du}{u^{2}+1}\\ &=\frac{1}{2}\ln (1+u)\Big|_{u=+\infty}^{}- \frac{1}{4}\ln (u^{2}+1)\Big|_{u=+\infty}^{}+ \frac{1}{2}\arctan u \Big|_{u=+\infty}^{}\\ &=\frac{1}{4}\ln \left(\frac{u^{2}+2u+1}{u^{2}+1}\right)\Big|_{u=+\infty}^{}+ \frac{\pi}{4}\\ &=\frac{1}{4}\ln \left(1+ \frac{2u}{u^{2}+1}\right)\Big|_{u=+\infty}^{}+\frac{\pi}{4}\\ &=0+\frac{\pi}{4}=\frac{\pi}{4} \end{aligned}
∫02πcosθ+sinθcosθdθ=∫02π1+tanθcos2θdtanθ=∫02π(tan2θ+1)(1+tanθ)1dtanθ=u=tanθ∫0+∞(1+u)(1+u2)1du=∫0+∞[1+uA+1+u2Bu+C]du⇒⎩
⎨
⎧A+B=0B+C=0A+C=1解得⎩
⎨
⎧A=21B=−21C=21=21∫0+∞1+u1du+21∫0+∞u2+1−u+1du=21ln(1+u)∣
∣u=+∞−21∫0+∞u2+121d(u2+1)−du=21ln(1+u)∣
∣u=+∞−41ln(u2+1)∣
∣u=+∞+21arctanu∣
∣u=+∞=41ln(u2+1u2+2u+1)∣
∣u=+∞+4π=41ln(1+u2+12u)∣
∣u=+∞+4π=0+4π=4π
后面计算同上
例9:设 D k D_{k} Dk是圆域 D = { ( x , y ) ∣ x 2 + y 2 ≤ 1 } D=\left\{(x,y)|x^{2}+y^{2}\leq 1\right\} D={(x,y)∣x2+y2≤1}在第 k k k象限的部分,记 I k = ∬ D k ( y − x ) d x d y ( k = 1 , 2 , 3 , 4 ) Ik=Dk∬(y−x)dxdy(k=1,2,3,4),说明 I k I_{k} Ik的正负
由于在第二象限
y
−
x
>
0
y-x>0
y−x>0,因此
I
2
>
0
I_{2}>0
I2>0,同理
I
4
<
0
I_{4}<0
I4<0
对于
I
1
I_{1}
I1,有
I
1
=
∬
D
1
(
y
−
x
)
d
σ
=
∬
D
1
(
x
−
y
)
d
σ
∬
D
1
(
y
−
x
)
d
σ
=
−
∬
D
1
(
y
−
x
)
d
σ
=
0
I1D1∬(y−x)dσ=D1∬(y−x)dσ=D1∬(x−y)dσ=−D1∬(y−x)dσ=0
同理
I
3
=
0
I_{3}=0
I3=0
例10:已知平面域
D
=
{
(
x
,
y
)
∣
∣
x
∣
+
∣
y
∣
≤
π
2
}
D=\left\{(x,y)||x|+|y|\leq \frac{\pi}{2}\right\}
D={(x,y)∣∣x∣+∣y∣≤2π},记
I
1
=
∬
D
x
2
+
y
2
d
σ
,
I
2
=
∬
D
sin
x
2
+
y
2
d
σ
,
I
3
=
∬
D
(
1
+
cos
x
2
+
y
2
)
d
σ
I1=D∬x2+y2dσ,I2=D∬sinx2+y2dσ,I3=D∬(1+cosx2+y2)dσ,说明
I
3
<
I
2
<
I
1
I_{3}
由于被积区域相同,因此函数值大则
I
I
I大,令
x
2
+
y
2
=
r
\sqrt{x^{2}+y^{2}}=r
x2+y2=r显然有
r
>
sin
r
≥
sin
2
r
=
1
−
cos
2
r
≥
1
−
cos
r
r> \sin r \geq \sin ^{2}r=1-\cos ^{2}r \geq 1-\cos r
r>sinr≥sin2r=1−cos2r≥1−cosr
画个图也行,不难