1. $\displaystyle{\iint_{D} x \sqrt{y} d x d y}$ ,其中 $D$ 是由 $y=x^{2}, y=\sqrt{x}$ 所围成的区域。
确定积分区域与积分次序
对于第1题,区域D由y=x²与y=√x围成。联立y=x²与y=√x得交点(0,0)和(1,1)。在x∈[0,1]上,下方曲线为y=x²,上方曲线为y=√x。因此积分可写为∫_{x=0}^{1}∫_{y=x²}^{√x} x√y dy dx。
计算内层积分
先对y积分:∫_{y=x²}^{√x} x√y dy = x ∫_{y=x²}^{√x} y^{1/2} dy = x·(2/3)[y^{3/2}]_{y=x²}^{√x} = (2x/3)[(√x)^{3/2} - (x²)^{3/2}] = (2x/3)[x^{3/4} - x³]。
计算外层积分
对x积分:∫_{0}^{1} (2x/3)(x^{3/4} - x³) dx = (2/3)∫_{0}^{1} (x^{7/4} - x⁴) dx = (2/3)[(4/11)x^{11/4} - (1/5)x⁵]_{0}^{1} = (2/3)(4/11 - 1/5) = (2/3)(20/55 - 11/55) = (2/3)(9/55) = 18/165 = 6/55。
第2题:极坐标变换
区域D是圆心在原点、半径为1的圆盘,被积函数为1/√(x²+y²)。采用极坐标:x=r cosθ, y=r sinθ, dxdy = r dr dθ, 被积函数变为1/r。积分区域:r从0到1,θ从0到2π。
计算极坐标下的积分
积分化为∫_{θ=0}^{2π}∫_{r=0}^{1} (1/r)·r dr dθ = ∫_{0}^{2π} dθ ∫_{0}^{1} 1 dr = 2π·1 = 2π。