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二重積分

大二 · 微積分

觀念

xyy = xy = x²/4dxD先對 y 積:x 固定時y 從 x²/4 走到 x1212O

二重積分 (double integral) ∬Rf dA\iint_R f\,dA 是「曲面下的體積」,把區域切成小方格、每格貢獻 f⋅ΔAf\cdot\Delta A 加總。Fubini 定理說可以化成逐次積分:先對一個變數積(另一個當常數),再對另一個。

矩形區域最簡單:∫02∫01xy2 dx dy=∫02y22dy=43\int_0^2\int_0^1 xy^2\,dx\,dy = \int_0^2\frac{y^2}{2}dy = \frac{4}{3};若被積函數是 g(x)h(y)g(x)h(y) 可直接拆成兩個積分相乘。一般區域要先畫圖描述邊界,例如三角形 0≤y≤x≤10\le y\le x\le1 寫成 ∫01∫0xf dy dx\int_0^1\int_0^x f\,dy\,dx;交換積分順序時邊界描述也要跟著改。

極坐標換元 dA=r dr dθdA = r\,dr\,d\theta 處理圓形區域,著名應用是 ∫−∞∞e−x2dx=π\int_{-\infty}^{\infty}e^{-x^2}dx = \sqrt\pi。二重積分算質量、質心、聯合機率、面積,三重積分再往上推一維。

例題

xyR112O

計算二重積分 ∬R(x+3y) dA\displaystyle\iint_R (x + 3 y)\,dA,R=[0,1]×[0,2]R = [0,1]\times[0,2](填最簡分數)。

看解法與答案

矩形區域可化成逐次積分:∫02∫01(x+3y) dx dy\int_0^{2}\int_0^{1} (x + 3 y)\,dx\,dy。

內層對 xx(yy 當常數):[x22+3xy]x=01=3y+12\left[\frac{x^{2}}{2} + 3 x y\right]_{x=0}^{1} = 3 y + \frac{1}{2}。

外層對 yy:∫02(3y+12) dy=[3y22+y2]02=7\int_0^{2} (3 y + \frac{1}{2})\,dy = \left[\frac{3 y^{2}}{2} + \frac{y}{2}\right]_0^{2} = 7。

答案: 77

用在哪裡

插畫

二重積分:情境插畫二重積分:例題插畫

學習路徑

先學會

學完可以接著學

互動練習在本機版

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