2019年 · 一-8
8.设积分区域 $D_{1}=\left\{(x, y) \mid x^{2}+y^{2} \leq 1\right\} ; D_{2}=\left\{(x, y) \mid x^{2}+y^{2} \leq 2\right\} ; D_{3}=\left\{(x, y) \left\lvert\, \frac{1}{2} x^{2}+y^{2} \leq 1\right.\right\}$ ; $D_{4}=\left\{(x, y) \left\lvert\, x^{2}+\frac{1}{2} y^{2} \leq 1\right.\right\}, \quad$ 记 $\displaystyle{I_{i}=\iint_{D_{i}}\left[1-\left(x^{2}+\frac{1}{2} y^{2}\right)\right] d \sigma(i=1,2,3,4)}$, 则 $\max \left\{I_{1}, I_{2}, I_{3}, I_{4}\right\}=(\quad)$
A $I_{1}$
B$I_{2}$
C$I_{3}$
D$I_{4}$
选择题 ★★★★
分析被积函数
被积函数为 f(x,y)=1-(x²+½y²)。令 f(x,y)=0 得 x²+½y²=1,这是椭圆边界。在椭圆内部 f>0,外部 f<0。
比较各积分区域与椭圆的关系
D₁:单位圆 x²+y²≤1,完全位于椭圆 x²+½y²=1 内部(因为 x²+y²≤1 时 x²+½y²≤1),故 f>0,积分 I₁>0。 D₂:圆 x²+y²≤2,包含椭圆外部区域,部分 f<0,积分可能减小。 D₃:区域为 ½x²+y²≤1,即椭圆 x²+½y²=1 旋转90°后的椭圆,与 f=0 的椭圆不同,部分区域 f<0。 D₄:区域为 x²+½y²≤1,恰好是 f≥0 的区域,且 f 在边界上为0,内部全为正。
确定最大值
I₄ 是在 f≥0 的全部区域上积分,而 I₁ 只取其中一部分(单位圆),所以 I₄ > I₁。I₂ 和 I₃ 包含负值区域,积分值小于 I₄。因此最大值为 I₄。
选择答案
对应选项 D:I₄。