张瑞
中国科学技术大学数学科学学院
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例 1. 计算积分
其中是以原点为圆心的单位圆盘
解. 用累次积分来解
换用极坐标: 对区域圆的弧度和径向做分割
|
则每一小块的面积 Riemann和为 |
Riemann和为
取极限后,有
前述的例子中,做了坐标变换
它给出了平面上区域到平面上单位圆的映射。 在这个变换下,积分的面积元素变换关系为
一般地,设
是从平面上的有界区域到平面上的区域的坐标变换。
它的面积元素的变换关系是什么?
确定(中平行与轴的直线),则
是中一条曲线,称为v曲线。类似可以得到u曲线。
中的一个方块 对应到中,就是一个曲边四边形,它的面积近似一个平行四边形的面积, |
曲边四边形的四个顶点坐标为
从而
略去高阶无穷小后,有
当时,上的方块映射到中时可能退化,因此,设
是平面上到平面中的一一可微映射,且
则有的面积元素等式
设是上连续的二元函数。对平面上有界区域进行矩形分割
它们对应的曲线和曲线把平面上的区域分割成小区域,有
因此, 在平面区域上的Riemann和可以表示为
式子的右端是函数
在区域上的Riemann和。当时,得到
定理 1.
设是平面中可测的有界闭区域,在上连续。变换
为(有连续偏导数)的一一映射,且
则
如果变换为极坐标变量,, ,则
因此有
关键在于,上的积分易于求解:
积分区域变得简单(规整)或者被积函数变得简单,或者两者都是。
例 2. 求
解. 计算区域如图
例 3. 求
例 4. 求
例 5. 求
其中由 围成
例 6. 求
其中由 围成
例 7. 求
(1) 由, , 围成
(2) 由, , , 围成
(3) 由, , 围成
例 8. 求
例 9. 求
在曲线上取两点和,其横坐标分别为与, 则两点的距离为 |