kaoyan1basic 高等数学 第258题

教材习题

📝 题目

### 第258题 设 $x=r \cos \theta, y=r \sin \theta$ ,则在极坐标系 $(r, \theta)$ 中的累次积分 $\displaystyle \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \mathrm{~d} \theta \int_{\frac{1}{\cos \theta+\sin \theta}}^{1} f(r \cos \theta, r \sin \theta) \mathrm{d} r$可化为直角坐标系 $(x, y)$ 中的累次积分 (A) $\int_{0}^{1} \mathrm{~d} x \int_{1-x}^{\sqrt{1-x^{2}}} f(x, y) \mathrm{d} y$ . (B) $\displaystyle \int_{0}^{1} \mathrm{~d} x \int_{1-x}^{\sqrt{1-x^{2}}} \frac{f(x, y)}{\sqrt{x^{2}+y^{2}}} \mathrm{~d} y$ . (C) $\int_{0}^{1} \mathrm{~d} x \int_{x}^{\sqrt{1-x^{2}}} f(x, y) \mathrm{d} y$ . (D) $\displaystyle \int_{0}^{1} \mathrm{~d} x \int_{x}^{\sqrt{1-x^{2}}} \frac{f(x, y)}{\sqrt{x^{2}+y^{2}}} \mathrm{~d} y$ .

💡 答案解析

**答案**:B **解析**:步骤1:极坐标下,$r$从$\displaystyle \frac{1}{\cos\theta+\sin\theta}$到1,$\theta$从0到$\displaystyle \frac{\pi}{2}$,对应直角坐标:$r=1$即$x^2+y^2=1$,$\displaystyle r=\frac{1}{\cos\theta+\sin\theta}$即$x+y=1$。 步骤2:区域为$x\geq0$,$y\geq0$,$x+y\geq1$,$x^2+y^2\leq1$,直角坐标下积分$\int_0^1 dx\int_{1-x}^{\sqrt{1-x^2}} f(x,y)dy$,但极坐标积分元为$rdrd\theta$,化为直角坐标需除以$\sqrt{x^2+y^2}$,故答案为B。 **难度**:★★★★☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:确定极坐标积分区域对应的直角坐标区域
极坐标下,r从1/(cosθ+sinθ)到1,θ从0到π/2。r=1对应x^2+y^2=1;r=1/(cosθ+sinθ)对应x+y=1。区域为第一象限内x+y≥1且x^2+y^2≤1的部分。
公式:x=r cosθ, y=r sinθ
提示:注意极坐标方程与直角坐标方程的转换。
步骤 2/4
目标:写出直角坐标下的累次积分形式
在直角坐标下,x从0到1,对于每个x,y从1-x到√(1-x^2)。积分区域为:0≤x≤1,1-x≤y≤√(1-x^2)。
提示:注意y的下限是1-x,上限是√(1-x^2)。
步骤 3/4
目标:考虑极坐标与直角坐标的积分元转换
极坐标积分元为r dr dθ,直角坐标积分元为dx dy。转换关系:dx dy = r dr dθ,即r dr dθ = dx dy。因此极坐标下的被积函数f(r cosθ, r sinθ) r dr dθ对应直角坐标下的f(x,y) dx dy。但题目中极坐标积分没有r因子,即∫∫ f(r cosθ, r sinθ) dr dθ,所以化为直角坐标时需要除以r,即除以√(x^2+y^2)。
公式:dx dy = r dr dθ ⇒ dr dθ = (1/r) dx dy
提示:注意极坐标积分中是否包含r因子。
步骤 4/4
目标:得出最终直角坐标累次积分
因此,原积分化为∫_{0}^{1} dx ∫_{1-x}^{√(1-x^2)} f(x,y)/√(x^2+y^2) dy,对应选项B。
提示:检查选项,B正确。

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