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利用极坐标计算下列二重积分:
(1). <D>∫∫√(x²+y²)dxdy;其中D为曲线x²+y²=4;x²+y²=1所围成的在第一象限内的区域。
解:原式=∫<0,π/2>dθ∫<1,2>r²dr=(π/2)(1/3)r³∣<1,2>=(7/6)π;
(2)。<D>∫∫(x+y)dxdy;其中D为由曲线 x²+y²=4x所围成的闭区域;
解:D: (x-2)²+y²=4;是园心在(2,0),半径r=2的园;
∴ 原式=∫<0,π/2>(cosθ+sinθ)dθ∫<0,4cosθ>r²dr
=∫<0,π/2>(cosθ+sinθ)[(1/3)r³∣<0,4cosθ>dθ
=(64/3)∫<0,π/2>(cosθ+sinθ)cos³θdθ
=(64/3)∫<0,π/2>[(cosθ)^4]dθ+(64/3)∫<0,π/2>sinθcos³θdθ
=(64/3)∫<0,π/2>[(1+cos2θ)²/4]dθ-(64/3)∫<0,π/2>cos³θd(cosθ)
=(16/3)∫<0,π/2>(1+2cos2θ+cos²2θ)dθ]-(64/3)(1/4)(cosθ)^4∣<0,π/2>
=(16/3)[θ+sin2θ+(1/2)θ+(1/8)sin4θ]<0,π/2>-(16/3)(cosθ)^4]∣<0,π/2>
=(16/3)[(3/2)θ+sin2θ+(1/8)sin4θ]<0,π/2>-(16/3)(cosθ)^4]∣<0,π/2>=4π+(16/3);
注:其中∫cos²2θdθ=(1/2)∫(1+cos4θ)dθ=(1/2)[θ+(1/4)sin4θ]=(1/2)θ+(1/8)sin4θ;
(1). <D>∫∫√(x²+y²)dxdy;其中D为曲线x²+y²=4;x²+y²=1所围成的在第一象限内的区域。
解:原式=∫<0,π/2>dθ∫<1,2>r²dr=(π/2)(1/3)r³∣<1,2>=(7/6)π;
(2)。<D>∫∫(x+y)dxdy;其中D为由曲线 x²+y²=4x所围成的闭区域;
解:D: (x-2)²+y²=4;是园心在(2,0),半径r=2的园;
∴ 原式=∫<0,π/2>(cosθ+sinθ)dθ∫<0,4cosθ>r²dr
=∫<0,π/2>(cosθ+sinθ)[(1/3)r³∣<0,4cosθ>dθ
=(64/3)∫<0,π/2>(cosθ+sinθ)cos³θdθ
=(64/3)∫<0,π/2>[(cosθ)^4]dθ+(64/3)∫<0,π/2>sinθcos³θdθ
=(64/3)∫<0,π/2>[(1+cos2θ)²/4]dθ-(64/3)∫<0,π/2>cos³θd(cosθ)
=(16/3)∫<0,π/2>(1+2cos2θ+cos²2θ)dθ]-(64/3)(1/4)(cosθ)^4∣<0,π/2>
=(16/3)[θ+sin2θ+(1/2)θ+(1/8)sin4θ]<0,π/2>-(16/3)(cosθ)^4]∣<0,π/2>
=(16/3)[(3/2)θ+sin2θ+(1/8)sin4θ]<0,π/2>-(16/3)(cosθ)^4]∣<0,π/2>=4π+(16/3);
注:其中∫cos²2θdθ=(1/2)∫(1+cos4θ)dθ=(1/2)[θ+(1/4)sin4θ]=(1/2)θ+(1/8)sin4θ;
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