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二重积分的几何意义是什么

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  • 2024-07-02 17:35:10

定义

设二元函数z=f(x,y)定义在有界闭区域D上,将区域D任意分成n个子域 ,并以 表示第 个子域的面积。在 上任取一点 作和 。如果当各个子域的直径中的最大值 趋于零时,此和式的极限存在,且该极限值与区域D的分法及的取法无关,则称此极限为函数 在区域 上的二重积分,记为 ,即 。

这时,称 在 上可积,其中 称被积函数, 称为被积表达式, 称为面积元素, 称为积分区域, 称为二重积分号。

同时二重积分有着广泛的应用,可以用来计算曲面的面积,平面薄片重心,平面薄片转动惯量,平面薄片对质点的引力等等。此外二重积分在实际生活,比如无线电中也被广泛应用。

积分的线性性质

性质1(积分可加性)函数和(差)的二重积分等于各函数二重积分的和(差)

性质2(积分满足数乘)被积函数的常系数因子可以提到积分号外比较性:

性质3 如果在区域D上有f(x,y)≦g(x,y)估值性:性质4设M和m分别是函数f(x,y)在有界闭区域D上的最大值和最小值,σ为区域D的面积性质5如果在有界闭区域D上f(x,y)=k(k为常数),σ为D的面积,则Sσ=k∫∫dσ=kσ。

二重积分中值定理:设函数f(x,y)在有界闭区域D上连续,σ为区域的面积,则在D上至少存在一点(ξ,η)。

求解方法

二重积分和定积分一样不是函数,而是一个数值。因此若一个连续函数f(x,y)内含有二重积分,对它进行二次积分,这个二重积分的具体数值便可以求解出来。

其积分区域D是由所围成的区域。

其中二重积分是一个常数,不妨设它为A。对等式两端对D这个积分区域作二重定积分。

故这个函数的具体表达式为:f(x,y)=xy+1/8,等式的右边就是二重积分数值为A,而等式最左边根据性质5,可化为常数A乘上积分区域的面积1/3,将含有二重积分的等式可化为未知数A来求解。

设Ω为空间有界闭区域,f(x,y,z)在Ω上连续。

(1)如果Ω关于xOy(或xOz或yOz)对称,且f(x,y,z)关于z(或y或x)为奇函数

(2)如果Ω关于xOy(或xOz或yOz)对称,Ω1为Ω在相应的坐标面某一侧部分,且f(x,y,z)关于z(或y或x)为偶函数

(3)如果Ω与Ω’关于平面y=x对称

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