题目
8.(4.0分)设一平面薄片在面xoy内占的区域为D,且其密度函数u(x,y),则此薄片的质量表示为()。A. lim_(lambdato0)sum_(i=1)^nmu(xi_(i),eta_(i))Deltasigma_(i),lambda是小区域Deltasigma_(i)直径的最大值B. lim_(lambdato0)sum_(i=1)^nmu(xi_(i),eta_(i))Deltasigma_(i)
8.(4.0分)设一平面薄片在面xoy内占的区域为D,且其密度函数u(x,y),则此薄片的质量表示为()。
A. $\lim_{\lambda\to0}\sum_{i=1}^{n}\mu(\xi_{i},\eta_{i})\Delta\sigma_{i},\lambda$是小区域$\Delta\sigma_{i}$直径的最大值
B. $\lim_{\lambda\to0}\sum_{i=1}^{n}\mu(\xi_{i},\eta_{i})\Delta\sigma_{i}$
题目解答
答案
B. $\lim_{\lambda\to0}\sum_{i=1}^{n}\mu(\xi_{i},\eta_{i})\Delta\sigma_{i}$
解析
本题考查利用二重积分的定义来表示平面薄片的质量。解题思路是通过将平面薄片分割、近似代替、求和、取极限这四个步骤,推导出平面薄片质量的表达式。
详细步骤如下
- 分割:
用任意的曲线网将区域 $D$ 分成 $n$ 个小闭区域 $\Delta\sigma_1,\Delta\sigma_2,\cdots,\Delta\sigma_n$,其中 $\Delta\sigma_i$ 表示第 $i$ 个小闭区域,同时也表示它的面积。记 $\lambda_i$ 为 $\Delta\sigma_i$ 上任意两点间距离的最大值(即 $\Delta\sigma_i$ 的直径),$\lambda = \max\{\lambda_1,\lambda_2,\cdots,\lambda_n\}$。 - 近似代替:
在每个小闭区域 $\Delta\sigma_i$ 上任取一点 $(\xi_i,\eta_i)$,由于 $\Delta\sigma_i$ 很小,且密度函数 $\mu(x,y)$ 在 $D$ 上连续,所以可以用 $\mu(\xi_i,\eta_i)$ 近似表示 $\Delta\sigma_i$ 上各点的密度。那么第 $i$ 个小薄片的质量 $\Delta m_i$ 近似为 $\Delta m_i\approx\mu(\xi_i,\eta_i)\Delta\sigma_i$。 - 求和:
整个平面薄片的质量 $m$ 近似等于这 $n$ 个小薄片质量的和,即 $m\approx\sum_{i = 1}^{n}\mu(\xi_i,\eta_i)\Delta\sigma_i$。 - 取极限:
当分割越来越细,也就是 $\lambda\to0$ 时,上述和式的极限就应该是平面薄片的精确质量 $m$,即 $m = \lim_{\lambda\to0}\sum_{i = 1}^{n}\mu(\xi_i,\eta_i)\Delta\sigma_i$。
选项 A 中明确指出 $\lambda$ 是小区域 $\Delta\sigma_i$ 直径的最大值,这是二重积分定义中极限过程的一种表述方式,但在一般的二重积分定义表示质量时,不需要特别强调 $\lambda$ 是直径的最大值,只需要说明是分割的细度趋于 0 即可,所以选项 A 表述过于繁琐,而选项 B 是更简洁准确的表示。