题目
已知区域D为:x^2+y^2leq1,xgeq0,ygeq0, 则二重积分iintlimits_(D)xydsigma=()A. (1)/(8).B. (1)/(4).C. (1)/(2).D. (9)/(8).
已知区域D为:$x^{2}+y^{2}\leq1,x\geq0,y\geq0,$ 则二重积分$\iint\limits_{D}xyd\sigma=()$
A. $\frac{1}{8}$.
B. $\frac{1}{4}$.
C. $\frac{1}{2}$.
D. $\frac{9}{8}$.
题目解答
答案
A. $\frac{1}{8}$.
解析
本题考查利用极坐标计算二重积分的知识。解题思路是先将直角坐标下的二重积分转化为极坐标下的二重积分,然后确定积分限,最后进行积分计算。
- 将直角坐标转化为极坐标:
在极坐标中,$x = r\cos\theta$,$y = r\sin\theta$,且$d\sigma=rdrd\theta$。
已知区域$D$为$x^{2}+y^{2}\leq1$,$x\geq0$,$y\geq0$,在极坐标下,$x^{2}+y^{2}=r^{2}$,所以$r^{2}\leq1$,即$0\leq r\leq1$;又因为$x\geq0$,$y\geq0$,所以$0\leq\theta\leq\frac{\pi}{2}$。
此时被积函数$xy=(r\cos\theta)(r\sin\theta)=r^{2}\cos\theta\sin\theta$。
那么原二重积分$\iint\limits_{D}xyd\sigma$就转化为极坐标下的二重积分$\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}d\theta\int_{0}^{1}r^{2}\cos\theta\sin\theta\cdot rdr$。 - 计算积分:
- 先对$r$积分:
$\int_{0}^{1}r^{2}\cdot rdr=\int_{0}^{1}r^{3}dr$
根据积分公式$\int x^{n}dx=\frac{1}{n + 1}x^{n + 1}+C(n\neq - 1)$,可得$\int_{0}^{1}r^{3}dr=\left[\frac{1}{4}r^{4}\right]_{0}^{1}=\frac{1}{4}(1^{4}-0^{4})=\frac{1}{4}$。 - 再对$\theta$积分:
此时积分变为$\frac{1}{4}\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\cos\theta\sin\theta d\theta$。
令$t=\sin\theta$,则$dt=\cos\theta d\theta$。
当$\theta = 0$时,$t=\sin0 = 0$;当$\theta=\frac{\pi}{2}$时,$t=\sin\frac{\pi}{2}=1$。
那么$\frac{1}{4}\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\cos\theta\sin\theta d\theta=\frac{1}{4}\int_{0}^{1}t dt$。
根据积分公式$\int x^{n}dx=\frac{1}{n + 1}x^{n + 1}+C(n\neq - 1)$,可得$\frac{1}{4}\int_{0}^{1}t dt=\frac{1}{4}\left[\frac{1}{2}t^{2}\right]_{0}^{1}=\frac{1}{4}\times\frac{1}{2}(1^{2}-0^{2})=\frac{1}{8}$。
- 先对$r$积分: