极坐标系下的二重积分的计算问题(高等数学一) 高等数学,极坐标下计算二重积分?

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\u89d2\u5ea6\u7684\u53d8\u5316\u8303\u56f4\u53bb0\u5230 \u03c0/6
\u7136\u540e\u5f53\u89d2\u5ea6\u53d6\u5b9a\u65f6\uff0cr\u7684\u53d6\u503c\u662f2/\u221a3cos\u03b8

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∫∫ln(1+x2+y2)dxdy=∫∫ln(1+r2)rdrdθ,x=rcosθ,y=rsinθ
0≤r≤1,0≤θ≤π/2
∴∫∫ln(1+x2+y2)dxdy=∫∫ln(1+r2)rdrdθ
=∫ln(1+r2)rdr∫dθ
=π/2*∫ln(1+r2)rdr(0~1)
=π/4*∫ln(1+r2)dr2
=π/4*[ln(1+r2)*r2-∫r2dln(1+r2)]
=π/4*[ln(1+r2)*r2-∫r2/(1+r2)dr2]
=π/4*[ln2-∫(1-a)/ada]

其中,r自0至1,故ln(1+r2)*r2=2;
a=1+r2,故a自1至2,∫(1-a)/ada=∫1da-∫1/ada=1-ln2
再带回去,就得到:∴∫∫ln(1+x2+y2)dxdy=π/4*[2ln2-1]

注意,2ln2=ln4;r2表示r的平方

设极坐标参量r,a,a是角度。
r^2=x^2+y^2

dxdy=rdrda

代换,原式=ln(1+r^2)rdrda,积分区间r,[0,1];a[0,pi/2]

分离变量分别积分

da积分的pi/2

ln(1+r^2)rdr
可作适当变换,变为1/2*ln(1+r^2)d(1+r^2)
换元Y=1+r^2,积分范围变为[1,2]
得到1/2*lnYdY
用分部积分得到1/2[YlnY-Y],代入上下限[1,2]得
1/2*(ln4-1)
在乘上da积分的pi/2即得答案。

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