柱体体积 =底面积 × 高
特点,平顶,
柱体体积 =？
特点,曲顶,
),( yxfz ?
D
１．曲顶柱体的体积
一、问题的提出
播放
求曲顶柱体的体积采用, 分割、求和
、取极限,的方法，如下动画演示．
步骤如下：
用若干个小平
顶柱体体积之
和近似表示曲
顶柱体的体积,x
z
yo
D
),( yxfz ?
i??
? ),( ii ??
先分割曲顶柱体的底，
并取典型小区域，
.),(lim
10
ii
n
i
ifV ???? ?? ?
??
曲顶柱体的体积
设有一平面薄片，占有 x o y 面上的闭区域
D,在点 ),( yx 处的面密度为 ),( yx?,假定
),( yx? 在 D 上连续，平面薄片的质量为多少？
２．求平面薄片的质量
i??
?
),( ii ??
将薄片分割成若干小块，
取典型小块，将其近似
看作均匀薄片，
所有小块质量之和
近似等于薄片总质量,),(lim
10
ii
n
i
iM ????? ?? ?
??
x
y
o
定义 设 ),( yxf 是有界闭区域 D 上的有界函
数，将闭区域 D 任意分成 n 个小闭区域
1
??,
?,
2
??,
n
??,其中
i
?? 表示第 i 个小闭区域，
也表示它的面积，在每个
i
?? 上任取 一点
),(
ii
??,
作乘积 ),(
ii
f ??
i
??, ),,2,1( ni ??,
并作和
ii
n
i
i
f ??? ??
?
),(
1
，
二、二重积分的概念
积
分
区
域
如果当各小闭区域的直径中的最大值 ? 趋近于零
时，这和式的极限存在，则称此极限为函数
),( yxf 在闭区域 D 上的 二重积分,
记为 ??
D
dyxf ?),(,
即 ??
D
dyxf ?),(
ii
n
i
i
f ???
?
?? ?
?
?
),(lim
1
0
.
积
分
和
被
积
函
数
积
分
变
量
被
积
表
达
式
面
积
元
素
(1 ) 在二重积分的定义中，对闭区域的划分是
任意的,
(2 ) 当 ),( yxf 在闭区域上连续时，定义中和式
的极限必存在，即二重积分必存在,
对二重积分定义的说明：
二重积分的几何意义
当被积函数大于零时，二重积分是柱体的体积．
当被积函数小于零时，二重积分是柱体的体积的
负值．
在直角坐标系下用平
行于坐标轴的直线网来划
分区域 D，
???? ??
DD
dx dyyxfdyxf ),(),(
dxdyd ??
故二重积分可写为
x
y
o
D
则面积元素为
性质１ 当 为常数时,k
.),(),( ???? ?
DD
dyxfkdyxkf ??
性质２ ?? ?
D
dyxgyxf ?)],(),([
.),(),( ???? ??
DD
dyxgdyxf ??
（二重积分与定积分有类似的性质）
三、二重积分的性质
性质３ 对区域具有可加性
.),(),(),(
21
?????? ??
DDD
dyxfdyxfdyxf ???
性质４ ?若 为 D的面积,.1?? ?????
D D
dd ???
性质５ 若在 D上 ),,(),( yxgyxf ?
.),(),( ???? ?
DD
dyxgdyxf ??
特殊地,),(),( ???? ?
DD
dyxfdyxf ??
)( 21 DDD ??
则有
设 M, m 分别是 ),( yxf 在闭区域 D 上的
最大值和最小值,? 为 D 的面积，则
性质６
设函数 ),( yxf 在闭区域 D 上连续,? 为 D
的面积，则在 D 上至少存在一点 ),( ?? 使得
性质７
（二重积分中值定理）
?? ?????
D
Mdyxfm ),(
???????? ),(),( fdyxf
D
（二重积分估值不等式）
例 1 不作计算，估计 ?deI
D
yx
??
?
?
)(
22
的值，
其中 D 是椭圆闭区域,1
2
2
2
2
??
b
y
a
x
)0( ab ??,
在 D 上 2220 ayx ????,
,1 2220 ayx eee ???? ?
由性质 6 知,222 )( a
D
yx ede ??? ?? ? ???
解
?? ?? ? ?de
D
yx )( 22?ab,2aeab?
区域 D 的面积 ??,?ab
例 2 估计 ??
???
?
D xyyx
d
I
16222
?
的值，
其中 D, 20,10 ???? yx,
区域面积 2??,,16)(
1),(
2 ??? yxyxf?
在 D 上 ),( yxf 的最大值 )0(41 ??? yxM
),( yxf 的最小值 5143 1 22 ???m )2,1( ?? yx
故 4252 ?? I,5.04.0 ??? I
解
例 3 判断 ??
???
?
1
22 )l n (
yxr
d xd yyx 的符号,
当 1??? yxr 时,,1)(0 222 ????? yxyx
故 0)l n( 22 ?? yx ;
又当 1?? yx 时,,0)ln ( 22 ?? yx
于是 0)l n (
1
22 ????
??? yxr
dxdyyx,
解
例 4 比较积分 ?? ?
D
dyx ?)l n ( 与 ?? ?
D
dyx ?2)][ l n (
的大小,其中 D 是三角形闭区域,三顶点各为 ( 1,0 ),
( 1,1 ),( 2,0 ),
解 三角形斜边方程 2?? yx
在 D 内有 eyx ???? 21,
故 1)l n ( ?? yx,
于是 ? ? 2)l n ()l n ( yxyx ???,
因此 ????
D
dyx ?)l n ( ?? ?
D
dyx ?2)][ l n (,
o x
y
1
21
D
二重积分的定义
二重积分的性质
二重积分的几何意义 （曲顶柱体的体积）
（和式的极限）
四、小结
思考题
将二重积分定义与定积分定义进行比较，
找出它们的相同之处与不同之处,
定积分与二重积分都表示某个和式的极限
值，且此值只与被积函数及积分区域有关．不
同的是定积分的积分区域为区间，被积函数为
定义在区间上的一元函数，而二重积分的积分
区域为平面区域，被积函数为定义在平面区域
上的二元函数．
思考题解答
一,填空题,
1, 当函数 ),( yxf 在闭区域 D 上 _________ ____ _ 时,
则其在 D 上的二重积分必定存在,
2, 二 重 积 分
??
D
dyxf ?),( 的 几 何 意 义 是
______ _____ _____ ____ _____ _____ ____ _.
3, 若 ),( yxf 在 有 界 闭 区 域
D
上 可 积,且
21
DDD ??,当 0),( ?yxf 时,
则 ??
1
),(
D
dyxf ? _____ ____ _
??
2
),(
D
dyxf ? ;
当
0),( ?yxf
时,
则 ??
1
),(
D
dyxf ?
_____ ____ _ ??
2
),(
D
dyxf ?
,
练 习 题
4, ?? ?
D
dyx ?)s i n ( 22 __ __ _ __ _ __ ?,其中 ? 是圆域
222 4?? yx 的面积,??? 16,
二,利用二重积分定义证明,
???? ?
DD
dyxfkdyxkf ?? ),(),(,( 其中 k 为常数 )
三,比较下列积分的大小,
1, ?? ?? ??
D D
dyxdyx ??
322
)()( 与,其中 D 是由圆
2)1()2(
22
???? yx 所围成,
2, ???? ?? ?? dyxdyx
D
2
)][l n()l n( 与,其中 D 是矩形
闭区域, 10,53 ???? yx,
四、估计积分 ?? ???
D
dyxI ?)94( 22 的值,其中 D 是圆
形区域, 422 ?? yx,
一,1,连续；
2,以 ),( yxfz ? 为曲顶,以 D 为底的曲顶柱体体积
的代数和；
3, >,< ； 4, ?,
三,1,
????
???
DD
dyxdyx ??
32
)()( ；
2, ???? ??? ?? dyxdyx
D
2
)][l n()l n(,
四,???????
??
100)94(36
22
dyx,
练习题答案