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1、1,第六章學習的定積分是一元函數(shù)y=(x)在閉區(qū)間a,b,本章用定積分的基本思想去建立二重積分的概念，,已知的立體和旋轉體)體積的計算方法;但對于一般立體的,第九章 二重積分,上的積分；下面我們來學習二元函數(shù)在有界閉區(qū)域D上的,積分，即二重積分.,推導它的計算公式，研究它的計算方法.,在定積分的應用中,已給出了一些特殊立體(截面面積,體積問題卻仍不會處理.,2,第九章 二重積分,9.1 二重積分的概念 9.2 在直角坐標系下二重積分的計算 9.3 二重積分的換元法 9.4 在極坐標系下二重積分的計算 9.5 無界區(qū)域上的二重積分,3,中底是xy平面上的一個有界閉區(qū)域D,z,y,O,x,D,C,
2、z=(x,y),(x,y),分析：,定義1 設有一立體是由底、側面、頂三部分圍成；其,方程為z=(x,y) (x,y)D, 連續(xù)且(x,y) 0.,側面是以D的邊界,曲線C為準線、 母線平行于z軸的柱面,頂是一曲面，其,則稱此立體為曲頂柱體.,但對于曲頂柱體因其高(x,y) 是,因平頂柱體體積為“底面積高”,來定義和計算了；,個變量，其體積就不能用,“底面積高”,4,但從某點的某個充分小鄰域局部范,z,y,O,x,D,C,z=(x,y),(x,y),但由(x,y)的連續(xù)性知：,從整個定義域來看“高是變化的”；,圍內來看z0，即高可“看成”,不變；,體積之和.,此時在此鄰域內對應的曲頂柱體體積就
3、近似于平頂,柱體之體積；,故整個曲頂柱體之體積就近似于全部小平頂柱體的,5,下面仍用定積分求曲邊梯形面積的思想方法一樣來,求曲頂柱體體積：,1.分割,用一組曲線網任意地將區(qū)域D分成n,個小區(qū)域(如圖),并以,表示第i個小區(qū)域的面積 ；,x,y,O,6,n個小曲頂柱體;,z,y,O,x,D,再以各小區(qū)域 的邊界為準線，,作母線平行于z軸的曲頂柱體；,相應地把原曲頂柱體分割成,并設第i個小曲頂柱體體積為,設所求體積為V,則,7,2. 以平代曲，近似代替,內任取一點,y,O,x,D,在每個小區(qū)域,8,3.求和取極限,若當d0時(此時必有n,但n不能保證有d0),x,y,O,則定義此極限為曲頂柱體之體
4、積.,存在，,注1 這種和式的極限的應用極廣；各個領域中的不少 問題通常都要化為這種和式的極限；我們常把這種和 式的極限稱為,二重積分.,9,9.1 二重積分的概念,定義2 設(x,y) 是有界閉區(qū)域上的有界函數(shù)，將D任意,當各小區(qū)域中的,存在，且與區(qū)域的分割及點,極限值為二元函數(shù)(x,y)在區(qū)域D上的二重積分，記作,一. 二重積分的概念,取法無關，則稱此,作和式,分割成n個小區(qū)域,在各小區(qū)域,內任,取一點,最大直徑,10,區(qū)域，d為面積,其中(x,y)為被積函數(shù), D為積分,注2 若函數(shù)(x,y)在區(qū)域D上的二重積分存在，此時,定理1 若(x,y)在有界閉區(qū)域D上連續(xù)，則(x,y)在D,元素
5、，(x,y)d為被積表達式.,又稱(x,y)在區(qū)域D上可積.,上一定可積.,注3 由定義2知：若(x,y)在D上可積，則其和式極限,的存在性與區(qū)域D的分法無關，即與小區(qū)域,狀無關.,的形,11,故在直角坐標系下，我們常采用平行于坐標軸的直,x,y,O,則小區(qū)域 的面積為,在上述分法下,類似一元函數(shù)微分取極限后,面積元素為,故在直角坐標系下，二重積分可寫為,其邊長分別為 和,線來劃分D (如圖).,此時的小區(qū)域,的形狀為小矩形,d =dxdy,12,注4 二重積分的幾何意義：,當函數(shù)z=(x,y)在區(qū)域D上連續(xù)且(x,y) 0時,二重積分,表示以曲面z=(x,y)為頂，以區(qū)域D為底的,特別地,當
6、(x,y)=1時,二重積分,表平面區(qū)域D的面積.,但它們的量綱不一樣.,曲頂柱體之體積.,即高度為1的平頂柱體之體積等于此柱體的底面積；,13,二. 二重積分的性質,二重積分與定積分具有相應的性質,其證明方法與定積分,性質2 函數(shù)的代數(shù)和的積分等于各函數(shù)積分的代數(shù)和，,性質1 常數(shù)因子可提到積分號外，即,現(xiàn)分述如下而不證明:(以下總假定涉及的函數(shù),基本相同;,在D上是可積的),即,14,注5 綜合性質1和性質2就有積分的線性運算性，并可,性質3 (區(qū)域可加性)若區(qū)域D被某曲線分割成兩個部分,性質4 對任意的(x,y)D,有(x,y)=1, 為閉區(qū)域D的,則,區(qū)域,面積,則,推廣到有限個函數(shù)的情
7、形 ：,15,性質5 (單調性)對任意的(x,y)D,有(x,y)g(x,y),則,特別地有,性質6 (估值定理) 若M和m分別是(x,y)在閉區(qū)域D上,的最大值和最小值， 為區(qū)域D的面積，則,性質7 (中值定理) 設(x,y)在閉區(qū)域D上連續(xù)， 為,區(qū)域D的面積，則在D上至少存在一點(,)，使得,16,中值定理的幾何意義：,在閉區(qū)域D上以曲面z=(x,y)為頂?shù)那斨w之體積,等,于區(qū)域D上某一點(,)的函數(shù)值為高的平頂柱體之體積.,例1 比較下列二重積分的大?。?x,y,O,x+y=1,1,1,2,3,則區(qū)域D內的點(x,y)均滿足x+y1,從而,17,解 由第八章二元函數(shù)最值的求法知：,存在的點的函數(shù)值以及區(qū)域D的邊界上的最值,再比較,先在區(qū)域D內求,須先求出(x,y)在D內全部駐點的函數(shù)值、一階偏導不,大小,其最大者為最大值,最小者為最小值.,要求,從而z(0,0)=9.,18,再在區(qū)域D的邊界上求，此時問題已變?yōu)闂l件極值；,則由方程組,而區(qū)域D的面積 =4,19,解 因(x,y)在閉區(qū)域D上連續(xù),而,則由得中值定理,=(0,1)=1.,
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