[理學(xué)]§101-二重積分的定義與性質(zhì).ppt

1、1,第十章 重 積 分,一元函數(shù)積分學(xué),多元函數(shù)積分學(xué),重積分,曲線積分,曲面積分,2,三、二重積分的性質(zhì),10.1 二重積分的概念與性質(zhì),一、引例,二、二重積分的定義與可積性,四、曲頂柱體體積的計(jì)算,3,解法: 類似定積分解決問題的思想:,一、引例,1.曲頂柱體的體積,給定曲頂柱體:,底： xoy 面上的閉區(qū)域 D,頂: 連續(xù)曲面,側(cè)面：以 D 的邊界為準(zhǔn)線 , 母線平行于 z 軸的柱面,求其體積.,“大化小, 常代變, 近似和, 求 極限”,4,1)“大化小”,用任意曲線網(wǎng)分D為 n 個(gè)區(qū)域,以它們?yōu)榈装亚斨w分為 n 個(gè),2)“常代變”,在每個(gè),3)“近似和”,則,中任取一點(diǎn),小曲頂柱

2、體,5,4)“取極限”,令,6,2. 平面薄片的質(zhì)量,有一個(gè)平面薄片, 在 xoy 平面上占有區(qū)域 D ,計(jì)算該薄片的質(zhì)量 M .,度為,設(shè)D 的面積為 ,則,若,非常數(shù) ,仍可用,其面密,“大化小, 常代變,近似和, 求 極限”,解決.,1)“大化小”,用任意曲線網(wǎng)分D 為 n 個(gè)小區(qū)域,相應(yīng)把薄片也分為小區(qū)域 .,7,2)“常代變”,中任取一點(diǎn),3)“近似和”,4)“取極限”,則第 k 小塊的質(zhì)量,8,兩個(gè)問題的共性：,(1) 解決問題的步驟相同,(2) 所求量的結(jié)構(gòu)式相同,“大化小, 常代變, 近似和,取極限”,曲頂柱體體積:,平面薄片的質(zhì)量:,9,二、二重積分的定義及可積性,定義:,將

3、區(qū)域 D 任意分成 n 個(gè)小區(qū)域,任取一點(diǎn),若存在一個(gè)常數(shù) I , 使,可積 ,在D上的二重積分.,積分和,是定義在有界區(qū)域 D上的有界函數(shù) ,10,引例1中曲頂柱體體積:,引例2中平面薄板的質(zhì)量:,如果 在D上可積,也常,二重積分記作,這時(shí),分區(qū)域D ,因此面積元素,可用平行坐標(biāo)軸的直線來劃,記作,11,二重積分存在定理:,若函數(shù),定理2.,(證明略),定理1.,在D上可積.,限個(gè)點(diǎn)或有限個(gè)光滑曲線外都連續(xù) ,積.,在有界閉區(qū)域 D上連續(xù),則,若有界函數(shù),在有界閉區(qū)域 D 上除去有,例如,在D :,上二重積分存在 ;,在D 上,二重積分不存在 .,12,三、二重積分的性質(zhì),( k 為常數(shù)),

4、 為D 的面積, 則,13,特別, 由于,則,5. 若在D上,6. 設(shè),D 的面積為 ,則有,14,7.(二重積分的中值定理),證: 由性質(zhì)6 可知,由連續(xù)函數(shù)介值定理, 至少有一點(diǎn),在閉區(qū)域D上, 為D 的面積 ,則至少存在一點(diǎn),使,使,連續(xù),因此,15,例1. 比較下列積分的大小:,其中,解: 積分域 D 的邊界為圓周,它與 x 軸交于點(diǎn) (1,0) ,而域 D 位,從而,于直線的上方, 故在 D 上,16,例2. 估計(jì)下列積分之值,解: D 的面積為,由于,積分性質(zhì)5,即: 1.96 I 2,17,8. 設(shè)函數(shù),D 位于 x 軸上方的部分為D1 ,當(dāng)區(qū)域關(guān)于 y 軸對稱, 函數(shù)關(guān)于變量

5、x 有奇偶性時(shí), 仍,在 D 上,在閉區(qū)域上連續(xù),域D 關(guān)于x 軸對稱,則,則,有類似結(jié)果.,在第一象限部分, 則有,18,例3. 計(jì)算,其中D 由,所圍成.,解: 令,(如圖所示),顯然,19,四、曲頂柱體體積的計(jì)算,設(shè)曲頂柱的底為,任取,平面,故曲頂柱體體積為,截面積為,截柱體的,20,同樣, 曲頂柱的底為,則其體積可按如下兩次積分計(jì)算,21,例4. 求兩個(gè)底圓半徑為R 的直角圓柱面所圍的體積.,解: 設(shè)兩個(gè)直圓柱方程為,利用對稱性, 考慮第一卦限部分,其曲頂柱體的頂為,則所求體積為,22,內(nèi)容小結(jié),1. 二重積分的定義,2. 二重積分的性質(zhì),(與定積分性質(zhì)相似),3. 曲頂柱體體積的計(jì)算

6、,二次積分法,23,被積函數(shù)相同, 且非負(fù),思考與練習(xí),解:,由它們的積分域范圍可知,1. 比較下列積分值的大小關(guān)系:,24,2. 設(shè)D 是第二象限的一個(gè)有界閉域 , 且 0 y 1, 則,的大小順序?yàn)?( ),提示: 因 0 y 1, 故,故在D上有,25,3. 計(jì)算,解:,26,4. 證明:,其中D 為,解: 利用題中 x , y 位置的對稱性, 有,又 D 的面積為 1 ,故結(jié)論成立 .,27,練習(xí)題,1. 估計(jì),的值, 其中 D 為,解: 被積函數(shù),D 的面積,的最大值,的最小值,28,2. 判斷,的正負(fù).,解：,當(dāng),時(shí)，,故,又當(dāng),時(shí)，,于是,29,思考題,將二重積分定義與定積分定義進(jìn)行比較，找出它們的相同之處與不同之處.,30,定積分與二重積分都表示某個(gè)和式的極限值，且此值只與被積函數(shù)及積分區(qū)域有關(guān)不