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我能成为重积分大佬吗?

重积分就是给多元函数积分啦

下面就是一个二重积分

∬Df(x,y)dσ\mathop{\iint}\limits_{D} f(x,y) d\sigma

f(x,y)f(x,y) 是被积函数, f(x,y)dσf(x,y) d\sigma 是被积表达式, dσd\sigma 是面积元素,也能写成 dxdydxdy , xx 和 yy 是积分变量, DD 是积分区域,二重积分可以拿来求一个质地不均匀的片片的质量

有一堆很显然的性质就不列出来了

通常而言,都要把二重积分化成二次积分来算,比如说我有个积分长这样

∬Dxydσ\mathop{\iint}\limits_{D} xy d\sigma

DD是y=xy=x和x=1x=1和y=0y=0围成的区域,于是我们很自然得出

{0≤x≤1,0≤y≤x\left\{ \begin{aligned} &0 \le x \le 1,\\ &0 \le y \le x \end{aligned} \right.

然后上面那个式子就变成

∫01[∫0xxydy]dx\int_0^1 \left [\int_0^x xy dy\right ]dx

也就是变成外层上下限是常数,内层上下限是可以含有变量的样子

依照现有关系,把xx和yy的内外层顺序调换一下也是可以的

还有个神奇的结论,在a≤x≤b,c≤y≤da \le x \le b,c \le y \le d的情况下,有

∬Df1(x)⋅f2(y)dxdy=[∫abf1(x)dx]⋅[∫abf2(y)dy]\mathop{\iint}\limits_{D} f_1(x)\cdot f_2(y) dxdy=\left [ \int_a^b f_1(x)dx \right ] \cdot\left [ \int_a^b f_2(y)dy \right ]

有的时候把直角坐标换成极坐标会舒服很多(说的就是圆)

事实上把直角坐标转化为极坐标的一般过程是令 x=ρcos⁡θ,y=ρsin⁡θ,dσ=ρ dρdθx=\rho\cos \theta,y=\rho\sin \theta,d\sigma = \boldsymbol{\rho} ~d\rho d\theta

注意微分部分多了个 ρ\rho !具体为什么这样也是由积分的定义推出来的,我懒得推了(

于是呢原本的积分就变成了

∬Df(x,y)dσ=∬Df(ρcos⁡θ,ρsin⁡θ)ρdρdθ\mathop{\iint}\limits_{D} f(x,y) d\sigma = \mathop{\iint}\limits_{D} f(\rho\cos \theta,\rho\sin \theta)\rho d\rho d\theta

为了避免忘记,需要再强调一遍 θ\theta 是角度,ρ\rho 是与原点的距离

其实和二重积分大差不差,只是多了个球面坐标,虽然不用学

∭Ωf(x,y,z)dV\mathop{\iiint}\limits_{\Omega} f(x,y,z) dV

这就是一个三重积分,在直角坐标系下计算的过程和二重积分是一样的,除了要多套一层

而柱面坐标系就是给极坐标系加了个纵轴,没什么创新

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