2005年考研数学计算二重积分

更新时间:2025-11-23 01:10:54
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在2005年的考研数学中,计算二重积分是考察的重点之一。以下是一道具有代表性的题目:

题目:计算二重积分 $\iint_D (x^2 + y^2) \, dx \, dy$,其中积分区域 $D$ 是由直线 $y = x$ 和曲线 $y = \sqrt{x}$ 所围成的区域。

解题过程如下:

1. 首先确定积分区域 $D$。由题意可知,直线 $y = x$ 和曲线 $y = \sqrt{x}$ 相交于点 $(0,0)$ 和 $(1,1)$,因此积分区域 $D$ 是由这两条曲线所围成的三角形区域。

2. 根据积分区域的对称性,可以将积分区域 $D$ 分为两部分:$D_1$ 和 $D_2$。其中 $D_1$ 是直线 $y = x$ 上方的三角形区域,$D_2$ 是曲线 $y = \sqrt{x}$ 上方的三角形区域。

3. 对 $D_1$ 进行积分,有:
$$\iint_{D_1} (x^2 + y^2) \, dx \, dy = \int_0^1 \int_x^1 (x^2 + y^2) \, dy \, dx$$
$$= \int_0^1 \left[ x^2y + \frac{y^3}{3} \right]_x^1 \, dx$$
$$= \int_0^1 \left( x^2 + \frac{1}{3} - x^3 - \frac{x^3}{3} \right) \, dx$$
$$= \int_0^1 \left( \frac{2}{3} - \frac{4}{3}x^3 \right) \, dx$$
$$= \left[ \frac{2}{3}x - \frac{4}{9}x^4 \right]_0^1$$
$$= \frac{2}{3} - \frac{4}{9}$$
$$= \frac{2}{9}$$

4. 对 $D_2$ 进行积分,有:
$$\iint_{D_2} (x^2 + y^2) \, dx \, dy = \int_0^1 \int_0^y (x^2 + y^2) \, dx \, dy$$
$$= \int_0^1 \left[ \frac{x^3}{3} + y^2x \right]_0^y \, dy$$
$$= \int_0^1 \left( \frac{y^4}{3} + y^3 \right) \, dy$$
$$= \left[ \frac{y^5}{15} + \frac{y^4}{4} \right]_0^1$$
$$= \frac{1}{15} + \frac{1}{4}$$
$$= \frac{19}{60}$$

5. 将 $D_1$ 和 $D_2$ 的积分结果相加,得到最终答案:
$$\iint_D (x^2 + y^2) \, dx \, dy = \frac{2}{9} + \frac{19}{60} = \frac{37}{60}$$

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