数学分析课件二重积分概念.ppt

1 二重积分概念,二重积分是定积分在平面上的推广,不同之处在于:定积分定义在区间上,区间的 长度容易计算,而二重积分定义在平面区域上,其面积的计算要复杂得多.,一、平面图形的面积,二、二重积分的定义及其存在性,三、二重积分的性质,返回,一、平面图形的面积,我们首先定义平面图形的面积.所谓一个平面图形,P 是有界的,是指构成这个平面图形的点集是平面,上的有界点集,即存在一矩形 R,使得,设 P 是一平面有界图形,用平行于二坐标轴的某一,组直线网 T 分割这个图形(图21-1),这时直线网 T,将所有属于第(i)类小矩形,(图 21-1 中紫色部分)的面,积加起来,记这个和数为,形 R 的面积);将所有第(i)类与第(ii)类小矩形的,面积加起来(图 21-1中着色部分),记这个和数为,则有,由确界存在定理可以推得,对于平面上所有直线网,显然有,定理21.1 平面有界图形 P 可求面积的充要条件是:,可证得,于是由(3)可得,从而对直线网 T 有,积.,推论 平面有界图形 P 的面积为零的充要条件是它,使得,定理 21.2 平面有界图形 P 可求面积的充要条件是:,P 的边界 K 的面积为零.,证 由定理21.1,P 可求面积的充要条件是:对任给,为零.,的图象,则曲线 K 的面积为零.,，,高的小矩形所覆盖.由于这 n 个小矩形面积的总和,因此由定理21.1 的推论即得曲线 K 的面积为零.,示的光滑曲线或按段光滑曲线,其面积一定为零.,上有反函数.再由有限覆盖定理,可把区间,上的曲线面积为零,从而整个曲线面积为零.,推论2 由平面光滑曲线或按段光滑曲线所围的平面,图形都是可求面积的.,分成 n 段:,注 平面中并非所有的点集都是可求面积的.例如,二、二重积分的定义及其存在性,二重积分的几何背景是,求曲顶柱体的体积.设,为定义在可求,面积的有界闭域 D上的,非负连续函数.求以曲,底的柱体(图21-2)的体积 V.,采用类似于求曲边梯形面积的方法.,(1)分割:先用一组平行于坐标轴的直线网 T 把区域,曲顶柱体,的小平顶柱体的体积,图21-3),即,把这些小平顶柱体的体积加起来,就得到曲顶柱体,体积 V 的近似值,(3)取极限:当直线网 T 的网眼越来越细密,即分割,有,这类问题在物理学与工程技术中也常遇到,如求非,均匀平面的质量、重心、转动惯量等等.这些都是,所要讨论的二重积分的实际物理背景.,上面叙述的问题都可归为以下数学问题.,可求面积的小区域,上的函数.J 是一个确定的实数,若对任给的正数,和式,D 上二重积分,记作,分变量,D 称为积分区域.,就等于积分区域 D 的面积.,可积,则与定积分情形一样,对任何分割 T,只要当,时,(4)式都成立.因此为方便计算起见,常,选取一些特殊的分割方法,如选用平行于坐标轴的,可求面积的 D上可积的必要条件是它在 D上有界.,数的上和与下和具有与一元函数的上和与下和同样,的性质,这里就不再重复.下面列出有关二元函数的,可积性定理,这里只证明其中的定理 21.7.,定理21.6 有界闭域 D上的连续函数必可积.,某一条光滑曲线 L 上,并记 L 的长度为 l.于是对任,现在把区域 D 分成两部分:第一部分,又记,分割,则有,在 D 上可积.,三、二重积分的性质,二重积分与定积分具有类似的性质,现列举如下:,上也可积,且,在 D 上也可积,且,则有,也可积,且,则有,积分中值定理的几何意义:在 D 上,以,为顶的曲顶柱体体积,等于一个同底,的平顶柱体的体积,这个平顶柱体的高等于,*例1 设,时,就有,边形.,复习思考题,