极坐标下二重积分：如何利用变换公式和对称性巧妙求解？

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极坐标下二重积分的常规解法

在极坐标下求解一个二重积分，通常涉及使用变换公式：

$$ intint_{sigma} f(x,y) dxdy = int_{theta_1}^{theta_2} int_{r_1(theta)}^{r_2(theta)} f(r cos theta, r sin theta) r dr dtheta $$

其中，σ 是积分区域，[θ1, θ2] 是区域的极角范围，[r1(θ), r2(θ)] 是区域在每个极角处的半径范围。

常规解法示例

考虑二重积分：

$$ intint_{sigma} y dxdy $$

其中，σ 是第一象限中的圆形区域，半径为 1。

解：

使用极坐标变换，我们有：

$$ x = r cos theta, quad y = r sin theta, quad dxdy = r dr dtheta $$

积分区域的极角范围为 [0, π/2]，半径范围为 [0, 1]。因此，积分变为：

$$ int_0^{pi/2} int_0^1 y r dr dtheta = int_0^{pi/2} left[ frac{r^2}{2} right]_0^1 dtheta = int_0^{pi/2} frac{1}{2} dtheta = frac{pi}{4} $$

对称性解法

对于关于 y = 0 对称的积分区域，函数 f(x,y) 满足 f(x,y) = -f(x,-y)。在这种情况下，积分可以写为：

$$ iint_{sigma} f(x,y) dxdy = int dx int_{-y_0}^{y_0}f(x,y)dy $$

由于 f(x,y) 对 y 是一个奇函数，因此：

$$ int_{-y_0}^{y_0}f(x,y)dy = 0 $$

因此，关于 y = 0 对称的积分等于 0。

关于问题答案中提到的错误

答案中提到的错误是积分：

$$ int_0^{2pi} (frac{1}{2} frac{1}{3}sin theta ) dtheta $$

被不正确地写成：

$$ int_0^{2pi} frac{1}{2}dtheta int_0^{2pi}frac{1}{3}sin theta dtheta $$

正确的积分应该是：

$$ int_0^{2pi} frac{1}{2} dtheta int_0^{2pi}frac{1}{3}sin theta dtheta = pi frac{1}{3}(2) = frac{5}{3}pi $$

到这里，我们也就讲完了《极坐标下二重积分：如何利用变换公式和对称性巧妙求解？》的内容了。个人认为，基础知识的学习和巩固，是为了更好的将其运用到项目中，欢迎关注golang学习网公众号，带你了解更多关于的知识点！