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6.3 二重积分的计算

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6.3 二重积分的计算

总目录 · 笔记整理索引 · 本章索引 · 上一节:6.2 二重积分的极限定义式 · 下一节:6.4 恶心人的积分区域(推荐看视频)



6.3.1 对称性的平移

例 6.4(1999 年数三真题)

💡 【WRITTEN】 例 6.4(1999 年数三真题)

计算二重积分 Dydxdy\iint_D y\,\mathrm{d}x\mathrm{d}y,其中 DD 是由直线 x=2x = -2y=0y = 0y=2y = 2 以及曲线 x=2yy2x = -\sqrt{2y-y^2} 所围成的平面区域。


例 6.5(1994 年数三真题)

💡 【WRITTEN】 例 6.5(1994 年数三真题)

计算二重积分 D(x+y)dxdy\iint_D (x+y)\,\mathrm{d}x\mathrm{d}y,其中 D={(x,y)x2+y2x+y+1}D = \{(x, y) \mid x^2+y^2 \le x+y+1\}


6.3.2 轮换对称性:本质是“积分结果与变量记号无关”的特殊情况

图 6.3-1 引例 1:变量记号无关与微元网格划分图 6.3-2 引例 2:曲顶柱体“面包模型”与轮换对称
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例 6.6

💡 【CHOICE】 例 6.6

设区域 D={(x,y)x2+y24,x0,y0}D = \{(x, y) \mid x^2+y^2 \le 4, x \ge 0, y \ge 0\}f(x)f(x)DD 上正值连续函数,a,ba, b 为常数,则 Daf(x)+bf(y)f(x)+f(y)dσ=\iint_D \frac{a\sqrt{f(x)} + b\sqrt{f(y)}}{\sqrt{f(x)} + \sqrt{f(y)}}\,\mathrm{d}\sigma =\quad

  • (A) abπab\pi
  • (B) ab2π\frac{ab}{2}\pi
  • (C) (a+b)π(a+b)\pi
  • (D) a+b2π\frac{a+b}{2}\pi

例 6.7(2024 超越模拟卷)

💡 【WRITTEN】 例 6.7(2024 超越模拟卷)

DD 是由直线 y=3xy = \sqrt{3}xx=3yx = \sqrt{3}y 及曲线 xy=1xy = 1xy=2xy = 2 围成的四边形区域(在第一象限)。 (I) 证明:arctanx+arctan1x=π2 (x>0)\arctan x + \arctan \frac{1}{x} = \frac{\pi}{2} \ (x > 0); (II) 计算二重积分 I=DexyarctanyxdσI = \iint_D e^{xy}\arctan\frac{y}{x}\,\mathrm{d}\sigma


例 6.8(2024 数二真题)

💡 【WRITTEN】 例 6.8(2024 数二真题)

设平面有界区域 DD 位于第一象限,由曲线 xy=13,xy=3xy = \frac{1}{3}, xy = 3 与直线 y=13x,y=3xy = \frac{1}{3}x, y = 3x 围成,计算 D(1+xy)dxdy\iint_D (1+x-y)\,\mathrm{d}x\mathrm{d}y


6.3.3 对称性的推论


例 6.9(2025 数二真题)

💡 【WRITTEN】 例 6.9(2025 数二真题)

已知平面有界区域 D={(x,y)x2+y24x,x2+y24y}D = \{(x, y) \mid x^2+y^2 \le 4x, x^2+y^2 \le 4y\},计算 D(xy)2dxdy\iint_D (x-y)^2\,\mathrm{d}x\mathrm{d}y


6.3.4 极坐标的平移

例 6.10

💡 【WRITTEN】 例 6.10

计算 D(x+y)dσ\iint_D (x+y)\,\mathrm{d}\sigma,其中 DDx2+y2x+yx^2+y^2 \le x+y 所确定。


6.3.5 直角坐标系下交换积分次序

例 6.11(武忠祥高数讲义)

💡 【WRITTEN】 例 6.11(武忠祥高数讲义)

交换下列累次积分次序:

  1. I=01dyy2y2f(x,y)dxI = \int_0^1 \mathrm{d}y \int_{\sqrt{y}}^{\sqrt{2-y^2}} f(x, y)\,\mathrm{d}x
  2. I=01dx02xx2f(x,y)dy+12dx02xf(x,y)dyI = \int_0^1 \mathrm{d}x \int_0^{\sqrt{2x-x^2}} f(x, y)\,\mathrm{d}y + \int_1^2 \mathrm{d}x \int_0^{2-x} f(x, y)\,\mathrm{d}y
  3. I=02dxx2xf(x,y)dyI = \int_0^2 \mathrm{d}x \int_{x^2}^x f(x, y)\,\mathrm{d}y

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6.3.6 极坐标系下交换积分次序(推荐看视频)

例 6.12

💡 【WRITTEN】 例 6.12

交换累次积分 I=π4π2dθ02acosθf(rcosθ,rsinθ)rdrI = \int_{-\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}}\mathrm{d}\theta \int_0^{2a\cos\theta} f(r\cos\theta, r\sin\theta)r\,\mathrm{d}r 的次序(a>0a > 0)。


例 6.13(李林 880)

💡 【WRITTEN】 例 6.13(李林 880)

交换积分顺序 I=0π2dθ0asin2θf(rcosθ,rsinθ)rdr (a>0)I = \int_0^{\frac{\pi}{2}}\mathrm{d}\theta \int_0^{a\sqrt{\sin 2\theta}} f(r\cos\theta, r\sin\theta)r\,\mathrm{d}r \ (a > 0)\underline{\qquad\qquad}


例 6.14(2007 数二数三真题)

💡 【CHOICE】 例 6.14(2007 数二数三真题)

设函数 f(x,y)f(x, y) 连续,则二次积分 π2πdxsinx1f(x,y)dy\int_{\frac{\pi}{2}}^\pi \mathrm{d}x \int_{\sin x}^1 f(x, y)\,\mathrm{d}y 等于( \quad

  • (A) 01dyπ+arcsinyπf(x,y)dx\int_0^1 \mathrm{d}y \int_{\pi+\arcsin y}^\pi f(x, y)\,\mathrm{d}x
  • (B) 01dyπarcsinyπf(x,y)dx\int_0^1 \mathrm{d}y \int_{\pi-\arcsin y}^\pi f(x, y)\,\mathrm{d}x
  • (C) 01dyπ2π+arcsinyf(x,y)dx\int_0^1 \mathrm{d}y \int_{\frac{\pi}{2}}^{\pi+\arcsin y} f(x, y)\,\mathrm{d}x
  • (D) 01dyπ2πarcsinyf(x,y)dx\int_0^1 \mathrm{d}y \int_{\frac{\pi}{2}}^{\pi-\arcsin y} f(x, y)\,\mathrm{d}x

极坐标具体积分交换次序:例 6.14.1(2021 数三真题)

💡 【WRITTEN】 例 6.14.1(2021 数三真题)

设有界区域 DD 是圆 x2+y2=1x^2+y^2=1 和直线 y=xy=x 以及 xx 轴在第一象限围成的部分。计算二重积分 De(x+y)2(x2y2)dxdy\iint_D e^{(x+y)^2}(x^2-y^2)\,\mathrm{d}x\mathrm{d}y


6.3.7 割补法

题型一:分割区间,构造对称性

💡 【WRITTEN】 例 6.15

计算 Dx[1+yf(x2+y2)]dσ\iint_D x[1+yf(x^2+y^2)]\,\mathrm{d}\sigma,其中 DD 是由 y=x3,y=1,x=1y=x^3, y=1, x=-1 围成的区域,f(u)f(u) 为连续函数。


题型二:绝对值 + 圆,出现不规则区域转化为规则区域

💡 【WRITTEN】 例 6.16

计算 Dx2+y22ydσ\iint_D |x^2+y^2-2y|\,\mathrm{d}\sigma,其中 DDx2+y24x^2+y^2 \le 4 所确定。


例 6.17(2023 数三真题,考研历史上计算量最大的二重积分题)

💡 【WRITTEN】 例 6.17(2023 数三真题)

已知平面区域 D={(x,y)(x1)2+y21}D = \{(x, y) \mid (x-1)^2+y^2 \le 1\},计算二重积分 Dx2+y21dxdy\iint_D |\sqrt{x^2+y^2}-1|\,\mathrm{d}x\mathrm{d}y


例 6.18(2022 数一数三真题,专门用来恶心“聪明人”)

💡 【WRITTEN】 例 6.18(2022 数一数三真题)

已知平面区域 D={(x,y)y2x4y2,0y2}D = \{(x, y) \mid y-2 \le x \le \sqrt{4-y^2}, 0 \le y \le 2\},计算 I=D(xy)2x2+y2dxdyI = \iint_D \frac{(x-y)^2}{x^2+y^2}\,\mathrm{d}x\mathrm{d}y


6.3.8 极坐标转化成直角坐标

例 6.19(高数十八讲)

💡 【WRITTEN】 例 6.19(高数十八讲)

D={(r,θ)0θπ4,0rsecθ}D = \left\{(r, \theta) \mid 0 \le \theta \le \frac{\pi}{4}, 0 \le r \le \sec\theta\right\},\quad 则 D1(xy)2dσ=\iint_D \sqrt{1-(x-y)^2}\,\mathrm{d}\sigma = \underline{\qquad\qquad}.

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