第二十章 重积分
§1 重积分的概念
1.证明性质(4),性质(6).
2.证明有界闭区域上的连续函数必可积.
3.设是可度量的平面图形或空间立体,在上连续,证明:
(1) 若在上0,且不恒等于0,则;
(2) 若在的任何部分区域上,有
,
则在上有.
4.设在[a,b]可积,在[c,d]可积,则在矩形区域=[a,b]×[c,d]上可积,且
.
5.若在上可积,那么在上是否可积?考察函数
在[0,1]×[0,1]上的积分.
6.设,
证明在上不可积.
§2 重积分化累次积分
计算下列二重积分:
(1) ,;
(2) ,;
(3) ,;
(4) ,.
将二重积分化为不同顺序的累次积分:
(1) 由轴与所围成;
(2) 由及所围成;
(3) 由和围成;
(4) .
改变下列累次积分的次序:
(1) ;
(2) ;
(3) .
设在所积分的区域上连续,证明
.
计算下列二重积分:
(1) (),是由围成的区域;
(2) 是由和围成的区域;
(3) :;
(4) :;
(5) 由所围成;
(6) 由所围成;
(7) 是以和为顶点的三角形;
(8) 由和所围成.
求下列二重积分:
(1) ;
(2) ;
(3) .
设轴将平面有界区域分成对称的两部分和,证明:
若关于为奇函数,即,则
;
若关于为偶函数,即,则
.
计算下列三重积分:
(1) :;
(2) 由曲面所围成;
(3) 由曲面所围成;
(4) 是由曲面围成的位于第一卦限的有界区域;
(5) 由曲面所围成;
(6) 是由及所围成的区域.
改变下列累次积分的次序:
(1) ;
(2) ;
(3) ;
(4) .
10.求下列立体之体积:
(1) 由所确定;
(2) 由所确定;
(3) 是由坐标平面及所围成的角柱体.
§3 重积分的变量代换
用极坐标变换将化为累次积分:
(1) :半圆;
(2) :半环 ;
(3) :圆 ;
(4) :正方形 .
用极坐标变换计算下列二重积分:
(1) :;
(2) 是圆的内部;
(3) 由双纽线围成;
(4) 由阿基米德螺线和半射线围成;
(5) 由对数螺线和半射线围成.
在下列积分中引入新变量,将它们化为累次积分:
(1) 若;
(2) (),若;
(3) ,其中=,若;
(4) ,其中= (),若.
作适当的变量代换,求下列积分:
(1) 是由围成的区域;
(2) 由围成;
(3) 由围成.
利用二重积分求由下列曲面围成的立体的体积:
(1) ;
(2) ;
球面与圆柱面()的公共部分;
();
;
.
求曲线所围成的面积.
用柱坐标变换计算下列三重积分:
(1) ,由曲面围成;
(2) , 由曲面围成.
用球坐标变换计算下列三重积分:
(1) :;
(2) , 由围成;
(3) ,由围成.
作适当的变量代换,求下列三重积分:
(1) ,由围成的立体,其中;
(2) ,同(1);
(3) ,由 (), ()以及围成;
(4) ,由围成;
(5) .
10.求下列各曲面所围立体之体积:
(1) ;
(2) ().
§4 曲面面积
求下列曲面的面积:
(1) 包含在圆柱内的部分;
锥面与平面()所界部分的表面;
锥面被柱面所截部分;
曲面被平面及所截下的部分.
螺旋面的面积.
求环面()被两条经线和两条纬线所围成部分的面积,并求出整个环面的面积.
§5 重积分的物理应用
求下列均匀密度的平面薄板的质心:
半椭圆;
高为,底分别为和的等腰梯形;
所界的薄板;
所界的薄板.
求下列密度均匀的物体的质心:
(1) ;
由坐标面及平面所围成的四面体;
围成的立体;
和平面围成的立体;
半球壳.
求下列密度均匀的平面薄板的转动惯量:
边长为和,且夹角为的平行四边形,关于底边的转动惯量;
所围平面图形关于直线的转动惯量.
求由下列曲面所界均匀体的转动惯量:
(1) 关于轴的转动惯量;
(2) 长方体关于它的一棱的转动惯量;
圆筒,关于轴和轴的转动惯量.
设球体上各点的密度等于该点到坐标原点的距离,求这球的质量.
求均匀薄片对轴上一点(0,0,)(>0)处单位质点的引力.
求均匀柱体对于(0,0,) (>)处单位质点的引力.