← 全部问题在对体积计算应用平移极坐标代换后,得到的简化单变量积分形式是什么?
将
x=1/2+rcosθ 和
y=1/2+rsinθ 代入被积函数并包含雅可比
r 后,由于对称性,角度部分积分结果为
2π,剩下径向积分
∫02/2r(1/2−r2)dr。完整的分离形式为
∫02πdθ∫02/2r(1/2−r2)dr。
理解与推导
- 将 x 和 y 代入 x+y−x2−y2。
- 利用三角恒等式 (cos2+sin2=1) 简化代数表达式。
- 乘以来自 dxdy=rdrdθ 的雅可比 r。
- 由于限是常数,分离积分。
- r 的被积函数变为 r(1/2−r2)。
例子
脚本指出:“简化后,积分变为 ∫02πdθ∫0^{√2/2} r(1/2−r2) dr...”
容易误解的地方
- 忘记乘以雅可比 r。
- 展开平方项 (1/2+rcosθ)2 时出错。
相关问题
认识概念↗ 对于连续非负函数,定积分表示由函数图像、水平轴以及区间端点处的垂直线所围成区域的精确面积。
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判断用途↗ 如果 g(t) 是绝对可积的(即 ∫∣g(t)∣dt<∞),则普通积分 ∫−∞∞g(t)e−2πiftdt 有良好定义。然而,无限持续的 ideale 正弦波不是绝对可积的,因为其能量分布在无限时间内。
适用条件:考虑时间窗口 T→∞ 的极限。;分析衰减瞬态信号或持续周期信号。
定积分是通过取划分数量 n 趋于无穷大时黎曼和的极限得到的。当 n→∞ 时,每个子区间的宽度 n1 趋于零,矩形面积之和收敛于曲线下方的精确面积。
适用条件:函数 f(x) 在 [0,1] 上是黎曼可积的。;划分是均匀的,有 n 个子区间。;取 n→∞ 的极限。
掌握方法↗ 可以通过认识到被积函数 y=9−x2 的图像是半径为 3 的上半圆来计算定积分。因为该函数在 [−3,3] 上连续且非负,积分等于该区域的普通几何面积。
适用条件:被积函数被识别为 x2+y2=9 的上半圆。;函数在区间 [−3,3] 上连续且非负。;使用圆的实数几何面积公式。
认识概念↗ 立体区域 Ω 定义为满足 x2+y2≤z≤4 的点 (x,y,z) 的集合。它下方由圆形抛物面 z=x2+y2 界定,上方由平面 z=4 界定。
适用条件:下边界是抛物面 z=x2+y2。;上边界是平面 z=4。;区域是有界且闭合的。
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