重积分
重积分首先是区域问题,其次才是被积函数问题。先画投影和边界,再决定直角坐标、极坐标、柱坐标或球坐标。
完成后应能
- 把几何区域写成可积的累次积分限
- 正确处理 Jacobian 与角度范围
- 利用对称性和截面法降低三重积分复杂度
直觉
直觉与对象
累次积分是在固定外层变量后扫描截面。换坐标时面积或体积微元发生伸缩,Jacobian 正是局部伸缩因子。
推导
解题主线
二重积分先标交点并判断 型或 型区域;圆、扇形与径向函数优先极坐标。三重积分比较投影法和截面法;球对称对象用球坐标并明确 、 的约定。
定义
公式、条件与边界
二重积分换元:
适用条件:变换可微且 Jacobian 在区域内不退化。
边界检查:绝对值与区域映射缺一不可。
极坐标:
适用条件: 且角度范围覆盖区域一次。
边界检查:跨负半轴时角区间要连续描述。
球坐标:
适用条件:本课程约定 为与正 轴夹角。
边界检查:不同教材角变量命名可能互换。
易错边界
易错边界
换序不能只交换 dx、dy 而沿用旧积分限;极坐标面积元是 ;球坐标体积元 不可遗漏。
小结
本章掌握标准
- 把几何区域写成可积的累次积分限
- 正确处理 Jacobian 与角度范围
- 利用对称性和截面法降低三重积分复杂度
公式与边界
二重积分换元
- 适用条件
- 变换可微且 Jacobian 在区域内不退化
- 边界提醒
- 绝对值与区域映射缺一不可
极坐标
- 适用条件
- 且角度范围覆盖区域一次
- 边界提醒
- 跨负半轴时角区间要连续描述
球坐标
- 适用条件
- 本课程约定 为与正 轴夹角
- 边界提醒
- 不同教材角变量命名可能互换