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高等數學之直角座標二次積分轉換成極座標二次積分

1、首先這裡先說下什麼是極座標?

在平面內取一個定點O,叫極點,引一條射線Ox,叫做極軸,再選定一個長度單位和角度的正方向(通常取逆時針方向)。對於平面內任何一點M,用ρ表示線段OM的長度(有時也用r表示),θ表示從Ox到OM的角度,ρ叫做點M的極徑,θ叫做點M的極角,有序數對 (ρ,θ)就叫點M的極座標,這樣建立的座標系叫做極座標系。

這裡是百度百科的解釋,其實就是記住一個就可以了(ρ,θ)就是極座標。

我們這裡先來講下直角座標的二次積分,首先是找到積分割槽域D,這個積分割槽域D決定了積分次序(為社麼?因為最外面的一點是要常數上下界。這樣子才能實現最後得到一個數,也就是積分割槽域D的自變數是放在最外面的)

我們如何找積分割槽域?

首先,要明確確定自變數後,這個積分割槽域是可以看成一個函式,而不是看成一個方程。

其次,找到自變數後,在平面內畫一條垂直於積分割槽域自變數的直線,這個也就是應變數的上下界。


如圖所示

獲取到積分割槽域D後,我們將二重積分轉換成二次積分就可以了。

2、直角座標轉換成極座標進行二重積分。只要轉換被積表示式和區域D就可以了

書裡面說了,直角座標轉換成極座標二重積分,

  1. 把被積函式的x,y轉換成pcosθ和psinθ。
  2. 把dx和dy變成pdpdθ。

區域D的轉換:

在區間[α,β]上任取一個值,對應於這個值,做一條射線穿過積分閉區域D上的點的組成的極徑從p1(θ)變到p2(θ),其中p1(θ)和p2(θ)就是被積區域的極徑上下界。

極座標的應用:

求曲線面積:
如何將曲面面積與被積區域聯絡起來:

其中d6是dM曲面在被積區域內的投影,dA是dM的切平面。

其中的dM和dA可以看成幾乎相等,因為dA比dM多一個高階無窮小。因此也就求dM得面積也就變成了求dA得面積(直代曲),然後我們怎麼求dA的面積,這時候就和被積平面聯絡起來。

,及dA=d6/cosθ。

其中cosθ所以:


所以:


現在公式已經推出來了?然後就是運用這個公式了,這裡有幾道題目:

怎麼求體積:


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