参数方程求二重积分
首先,我们来回顾一下二重积分的概念和定义。
二重积分是对二元函数在一些区域上的积分,通常用来计算平面区域上的面积、质量、质心等物理量。在直角坐标系下,我们可以使用直角坐标来表示区域和函数,然后进行求积分操作。
然而,在一些情况下,使用直角坐标并不方便,这时我们可以使用参数方程来表示区域和函数。参数方程是指以参数的形式来表示坐标点的方程。
对于参数方程r(t),其中t∈[a,b],我们可以将二重积分定义为:
∬R f(x, y) dA = ∫[a,b]∫[c,d] f(r(t)) ,r'(t), dy dx
其中,R是一个二维区域,f(x,y)是二元函数,r(t)是参数方程,r'(t)是r(t)对t的导数,而,r'(t),是r'(t)的模。
下面我们通过一个具体的例子来说明如何求解参数方程的二重积分。
例子:计算二重积分∬R(x^2+y^2)dA,其中R是由参数方程x=t+t^2,y=t^3,t∈[0,1]所确定的区域。
解法:首先,我们需要将参数方程x=t+t^2,y=t^3分别表示为关于x和y的函数。为此,我们可以解方程组,消去t得到x^2=y^2+x-2√y,然后再将t的范围[0,1]转化为x和y的范围。
现在,我们可以将原来的二重积分转化为关于x和y的二重积分:
∬R (x^2 + y^2) dA = ∬R (y^2 + x) ,J, dy dx
其中J是雅可比行列式,定义为J=∂(x,y)/∂(t,s),这里的t和s是参数。
根据上面的变换,我们有:
J=∂(x,y)/∂(t,s)=(∂x/∂t)(∂y/∂s)-(∂y/∂t)(∂x/∂s)
接着
∂x/∂t=1+2t
∂y/∂s=3t^2
∂y/∂t=3t^2
∂x/∂s=1+2t
把这些结果带入雅可比行列式的公式,得到:
J=(1+2t)(3t^2)-(3t^2)(1+2t)=0
由于雅可比行列式J=0,这意味着二重积分为零。
因此,∬R(x^2+y^2)dA=0。
s parameter这就是对参数方程求解二重积分的一般方法。需要注意的是,参数方程必须满足特定的条件,如可求导、单调性等。另外,在具体求解时,有时需要对参数方程进行合理的变换或者使用其他方法来化简。
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