二重定积分的换元方法,主要是为了简化积分区域的形状,便于计算。具体步骤如下:
1. 确定换元函数:首先,根据积分区域的形状,选择合适的换元函数。比如,如果积分区域是关于y轴对称的,可以选择x作为换元变量。
2. 求导数:对换元函数求导,得到导数的表达式。
3. 替换变量:将原积分中的x或y变量替换为换元后的变量。同时,将积分区域的边界也用换元后的变量表示。
4. 计算雅可比行列式:如果换元不是简单的线性变换,需要计算雅可比行列式,这是由于变量替换引起的面积或体积的变化。
5. 代入并简化:将替换后的变量和雅可比行列式代入积分式中,然后根据新的积分区域和变量范围进行积分。
6. 求出结果:计算完新的二重积分后,再进行逆换元,将结果转换回原变量。
例如,如果原二重积分是关于x和y的,且积分区域为D,可以通过以下步骤进行换元:
- 设u = f(x, y),v = g(x, y),其中f(x, y)和g(x, y)是定义在D上的可微函数。
- 计算雅可比行列式J = |∂u/∂x ∂u/∂y ∂v/∂x ∂v/∂y|。
- 用u和v替换原积分中的x和y,并乘以雅可比行列式J。
- 计算新的二重积分。
通过这样的换元,可以使积分计算变得更加简单和直观。
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