发布时间:2024-08-09作者:陈润点击:
要计算二重积分,我们需要将积分区域划分为一个或多个子区域,并在每个子区域中计算积分。
步骤 1:确定积分区域
给定的定义域是一个圆盘,其半径为 2。因此,积分区域可以表示为:
x^2 + y^2 <= 4
步骤 2:划分子区域
我们可以将积分区域划分为两个子区域:
第一象限:x >= 0, y >= 0
第二象限:x <= 0, y >= 0
步骤 3:计算积分
对于第一象限,积分区域可以表示为:
```
0 <= x <= 2
0 <= y <= sqrt(4 - x^2)
```
二重积分变为:
```
?xy^2 dA = ∫0^2 ∫0^sqrt(4-x^2) xy^2 dy dx
```
求内层积分:
```
∫0^sqrt(4-x^2) xy^2 dy = [x (y^3)/3] from y=0 to y=sqrt(4-x^2)
= x (4 - x^2)^(3/2)/3
```
求外层积分:
```
∫0^2 x (4 - x^2)^(3/2)/3 dx
```
这是一个换元积分,令 u = 4 - x^2,du = -2x dx。于是积分变为:
```
∫2^0 (2 - sqrt(u))^(3/2)/3 (-1/2) du
= ∫0^2 (sqrt(u) - 2)^(3/2)/3 du
```
令 v = sqrt(u),dv = 1/2sqrt(u) du。于是积分变为:
```
∫0^4 (v - 2)^(3/2)/3 2 dv
= [2/5 (v - 2)^(5/2)] from v=0 to v=4
= 32/5
```
因此,第一象限的二重积分结果为 32/5。
对于第二象限,积分区域可以表示为:
```
-2 <= x <= 0
0 <= y <= sqrt(4 - x^2)
```
二重积分变为:
```
?xy^2 dA = ∫-2^0 ∫0^sqrt(4-x^2) xy^2 dy dx
```
按照与第一象限相同的步骤,我们可以得到第二象限的二重积分结果也是 32/5。
步骤 4:求和
因此,整个定义域内的二重积分结果为:
```
?xy^2 dA = (32/5) + (32/5) = 64/5
```
张良
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