对称性在高等数学积分计算中的应用

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对称性在积分中应用

对称性在积分中的应用摘要：对称性是宇宙中许多事物都具有的性质,大到银河星系,小到分子原子.根据对称性,我们就可以把复杂的东西简单化，把整体的东西部分化.本文介绍运用数学中的对称性来解决积分中的计算问题,主要介绍了几种常见的对称性在积分计算过程中的一些结论及其应用，并通过实例讨论了利用积分区间、积分区域、被积函数的奇偶性,从而简化定积分、重积分、曲线积分、曲面积分的计算方法.另外对于曲面积分的计算,本文还给出了利用轮换对称性简化积分的计算.积分的计算是高等数学教学的难点,在积分计算时,许多问题用“正规”的方法解决，反而把计算复杂化,而善于运用积分中的对称性，往往能使计算简捷,达到事半功倍的效果.关键词：积分对称定积分重积分曲线积分曲面积分区域对称轮换对称目录一、引言二、相关对称的定义（一）区域对称的定义（二）函数对称性定义（三）轮换对称的定义三、重积分的对称性（一）定积分中的对称性定理及应用（二）二重积分中的对称性定理及应用（三）三重积分中的对称性定理及应用四、曲线积分的对称性（一）第一曲线积分的对称性定理及应用（二）第二曲线积分的对称性定理及应用五、曲线积分的对称性（一）第一曲面积分的对称性定理及应用（二）第二曲面积分的对称性定理及应用六、小结参考文献谢词一、引言积分的对称性包括重积分、曲线积分、曲面积分的对称性.在积分计算中,根据题目的条件,充分利用积分区域的对称性及被积函数的奇偶性,往往可以达到事半功倍的效果.下面我将从积分对称性的定理及结论,再结合相关的实例进行具体探讨.本文从积分区域平行于坐标轴、对角线的直线的对称性,平行于坐标面的平面等的对称性定义.二、相关的定义定义1：设平面区域为D ,若点),(y x ),2(y x a D -⇔∈,则D 关于直线a x =对称,对称点),(y x 与),2(y x a -是关于a x =的对称点.若点),(y x ∈D ⇔)2,(y b x -),(y x D ∈,则D 关于直线b y =对称，称点),(y x 与)2,(y b x -是关于b y =的对称（显然当0=a ,0=b 对D 关于y ,x 轴对称）.定义2: 设平面区域为D ,若点),(y x D ∈⇔),(a x a y --,则D a x y +=对称,称点),(y x 与),(a x a y --是关于a x y +=的对称点.若点),(y x D ∈⇔),(x a y a -- D ∈，则D 关于直线z y ±=对称.注释：空间区域关于平行于坐标面的平面对称；平面曲线关于平行于坐标轴的直线对称；平面曲面以平行于坐标面对称，也有以上类似的定义. 空间对称区域.定义3：(1)若对Ω∈∀),,(z y x ,∃点Ω∈-),,(z y x ,则称空间区域Ω关于xoy 面对称;利用相同的方法,可以定义关于另外两个坐标面的对称性.(2)若对Ω∈∀),,(z y x ,∃点Ω∈-),,(z y x ,则称空间区域Ω关于z 轴对称;利用相同的方法,可以定义关于另外两个坐标轴的对称性.(3)若对Ω∈∀),,(z y x ,∃点Ω∈---),,(z y x , 则称空间区域Ω关于坐标原点对称. (4)若对Ω∈∀),,(z y x ,∃点Ω∈),,(),,,(y x z x z y ,则称空间区域Ω关于z y x ,,具有轮换对称性.定义4:若函数)(x f 在区间()a a ,-上连续且有)()(a x f a x f +=-,则)(x f 关于a x =对称当且仅当0=a 时)()(x f x f =-,则)(x f 为偶函数.若)()(x a f x a f +-=-,则)(x f 为关于()0,a 中心对称.当且仅当0=a 时有)()(x f x f -=-则)(x f 为奇函数.若)()(a x f a x f +=-且)()(x a f x a f +-=-则)(x f 既关于a x =对称,又关于()0,a 中心对称.定义5若n 元函数),,,,,,(),,,(11121-+≡i x x x x x f x x x f n i i n , (n i ,,2,1 =),则称n 元函数),,,(21n x x x f 关于n x x x ,,,21 具有轮换对称性.定义6：若)(),,,(21N n R D x x x p nnn ∈⊂∈∀ 有),,,,,,(1111-+i x x x x x p n i i nD ∈),,2,1(n i =成立，则称n D 关于),,,(21n x x x p 具有轮换对称性.三、重积分的对称性（一）对称性在定积分中的应用利用函数图形的对称性可简化定积分的计算.在特殊情况下,甚至可以求出原函数不是初等函数的定积分.因此掌握对称性在积分中的方法是必要的.下面首先给出一个引理,由此得出一系列的结论,并通过实例说明这是结论的应用. 引理设函数)(x f 在[]h a h a +-,上连续,则有[]⎰⎰+--++=ha ha hdx x a f x a f dx x f 0)()()( (1)证令t a x +=,有 ⎰⎰⎰+--+++=h a ha h hhdt t a f dt t a f dx x f 0)()()( (2)令u t -=,则⎰⎰⎰--=--=+000)()()(hhhdu u a f du u a f dt t a f （3）将（3）式带入（2）式,并将积分变量统一成x ,则[]⎰⎰-++=+-hh a ha dx dx x a f x a f dx x f 0)()()(特别地，令0=a ，就得公式[]dx x f x f dx x f hhh⎰⎰--+=0)()()(由函数奇偶性的定义及上式，易知定理1 设函数)(x f 在[]h h ,-上连续，那么2）若)(x f 为偶函数，则⎰⎰-=hh hodx x f dx x f )(2)(3）若)(x f 为奇函数，则⎰-=hhdx x f 0)(次结论有广泛的应用，如能恰当地使用，对简化定积分的计算有很大的帮助，例1 求xdx x x I cos 1122223⎰-+++=ππ解：虽然被奇函数非奇非偶，但可以把它分成两部分x x x cos 123+和x cos ，前一部分是奇函数，后一部分是偶函数，运用定理1的结论简化其计算.⎰⎰--++=222223cos cos 1ππππxdx dx x x x I =⎰2cos 2πxdx=2注：而对于任意区间上的定积分问题，可以平移到对称区间[]h h ,-上求解。

对称性在积分计算中的应用

㊀㊀㊀１３７㊀数学学习与研究㊀２０２２１７对称性在积分计算中的应用对称性在积分计算中的应用Һ姚晓闺㊀陈俊霞㊀丁小婷㊀（陆军炮兵防空兵学院基础部数学教研室，安徽㊀合肥㊀２３００３１）㊀㊀ʌ摘要ɔ在数学范围内，特别是在积分方面，对称性的应用极为普遍．在研究和计算积分类的问题时，对称性的应用对简化解题过程㊁优化计算步骤的作用十分显著，这也使其成为积分计算中一种不可或缺的手段．利用对称性计算积分主要包括两方面：一是积分区域关于坐标面㊁坐标轴和原点对称的情况下被积函数具有奇偶性的积分；二是积分区域关于积分变量具有轮换对称性的情况下的积分．本文通过对各类积分的对称性进行归纳总结，使读者能够有效理解和掌握．ʌ关键词ɔ对称性；积分区域；被积函数；积分计算；积分一㊁定积分的对称性及其应用定理㊀若ｆ（ｘ）在［－ａ，ａ］上可积，则（１）当ｆ－ｘ()＝－ｆ（ｘ）时，ʏａ－ａｆ（ｘ）ｄｘ＝０；（２）当ｆ－ｘ()＝ｆ（ｘ）时，ʏａ－ａｆ（ｘ）ｄｘ＝２ʏａ０ｆ（ｘ）ｄｘ．例㊀求ʏπ０ｘｓｉｎｘ１＋ｃｏｓ２ｘｄｘ．解㊀令ｘ＝π２＋ｔ，则原式＝ʏπ２－π２π２＋ｔ()ｃｏｓｔ１＋ｓｉｎ２ｔｄｔ＝ʏπ２－π２ｔｃｏｓｔ１＋ｓｉｎ２ｔｄｔ＋π２ʏπ２－π２ｃｏｓｔ１＋ｓｉｎ２ｔｄｔ＝０＋πʏπ２０ｃｏｓｔ１＋ｓｉｎ２ｔｄｔ＝πａｒｃｔａｎｓｉｎｔπ２０＝π２４．二㊁重积分的对称性及其应用１．二重积分的对称性原理二重积分具有以下对称性：定理１㊀设二元函数ｆ（ｘ，ｙ）在平面区域Ｄ内连续，且Ｄ关于ｘ轴对称，则１）当ｆ（ｘ，－ｙ）＝－ｆ（ｘ，ｙ）时，∬Ｄｆ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ＝０；２）当ｆ（ｘ，－ｙ）＝ｆ（ｘ，ｙ）时，∬Ｄｆ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ＝２∬Ｄ１ｆ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ，其中Ｄ１＝｛（ｘ，ｙ）ɪＤｘȡ０｝．当Ｄ关于ｙ轴对称时，也有类似结论．定理２㊀设二元函数ｆ（ｘ，ｙ）在平面区域Ｄ内连续，且Ｄ关于ｘ轴和ｙ轴都对称，则１）当ｆ（ｘ，－ｙ）＝－ｆ（ｘ，ｙ）或ｆ－ｘ，ｙ()＝－ｆ（ｘ，ｙ）时，∬Ｄｆ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ＝０；２）当ｆ（ｘ，－ｙ）＝ｆ－ｘ，ｙ()＝ｆ（ｘ，ｙ）时，∬Ｄｆ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ＝４∬Ｄ１ｆ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ，其中Ｄ１＝｛（ｘ，ｙ）ɪＤｘȡ０，ｙȡ０｝．定理３㊀设二元函数ｆ（ｘ，ｙ）在平面区域Ｄ内连续，Ｄ＝Ｄ１ɣＤ２，且Ｄ１，Ｄ２关于原点对称，则１）当ｆ（－ｘ，－ｙ）＝－ｆ（ｘ，ｙ）时，∬Ｄｆ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ＝０；２）当ｆ（－ｘ，－ｙ）＝ｆ（ｘ，ｙ）时，∬Ｄｆ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ＝２∬Ｄ１ｆ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ．定理４㊀设二元函数ｆ（ｘ，ｙ）在平面区域Ｄ内连续，Ｄ＝Ｄ１ɣＤ２，且Ｄ１，Ｄ２关于直线ｙ＝ｘ对称，则１）∬Ｄｆ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ＝∬Ｄｆ（ｙ，ｘ）ｄｘｄｙ；２）当ｆ（ｙ，ｘ）＝－ｆ（ｘ，ｙ）时，有∬Ｄｆ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ＝０；３）当ｆ（ｙ，ｘ）＝ｆ（ｘ，ｙ）时，有∬Ｄｆ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ＝２∬Ｄ１ｆ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ．当Ｄ１，Ｄ２关于直线ｙ＝－ｘ对称时，也有类似结论．例１㊀求∬Ｄ（｜ｘ｜＋｜ｙ｜）ｄｘｄｙ，其中Ｄ＝｛（ｘ，ｙ）｜ｘ｜＋｜ｙ｜ɤ１｝．解㊀易知题中被积函数｜ｘ｜＋｜ｙ｜为ｘ，ｙ的偶函数，且Ｄ区域具有对称性．记Ｄ１＝｛（ｘ，ｙ）｜ｘ｜＋｜ｙ｜ɤ１，且ｘȡ０，ｙȡ０｝，于是㊀㊀㊀㊀㊀１３８数学学习与研究㊀２０２２１７∬Ｄ（｜ｘ｜＋｜ｙ｜）ｄｘｄｙ＝４∬Ｄ１（ｘ＋ｙ）ｄｘｄｙ＝４ʏ１０ｄｘʏ１－ｘ０（ｘ＋ｙ）ｄｙ＝２ʏ１０１－ｘ２()ｄｘ＝４３．例２㊀求∬Ｄｘ１＋ｙｆ（ｘ２＋ｙ２）[]ｄｘｄｙ，其中Ｄ为ｙ＝ｘ３㊁ｙ＝１㊁ｘ＝－１所围区域，ｆ是连续函数．解㊀此题积分区域Ｄ关于坐标轴不具有对称性，根据积分区域的特点，做辅助曲线ｙ＝－ｘ３，将Ｄ分为Ｄ１和Ｄ２，它们分别关于ｙ轴和ｘ轴对称，而ｘｙｆ（ｘ２＋ｙ２）关于ｘ是奇函数，关于ｙ也是奇函数．故∬Ｄｘｙｆ（ｘ２＋ｙ２）ｄｘｄｙ＝∬Ｄ１ｘｙｆ（ｘ２＋ｙ２）ｄｘｄｙ＋∬Ｄ２ｘｙｆ（ｘ２＋ｙ２）ｄｘｄｙ＝０．原式＝∬Ｄｘ１＋ｙｆ（ｘ２＋ｙ２）[]ｄｘｄｙ＝∬Ｄｘｄｘｄｙ＝ʏ０－１ｄｘʏ－ｘ３ｘ３ｘｄｙ＝－２５．２．三重积分的对称性原理定理１㊀设ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）在区域Ω上可积，Ω关于ｘＯｙ面对称，Ω１是Ω在ｘＯｙ面上方部分，则有∭Ωｆ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄＶ＝０，ｆ（ｘ，ｙ，－ｚ）＝－ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）；∭Ωｆ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄＶ＝２∭Ω１ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄＶ，ｆ（ｘ，ｙ，－ｚ）＝ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）．当Ω关于其他坐标面对称时，也有类似结论．定理２㊀设ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）在区域Ω上可积，Ω关于原点对称，Ω１是Ω位于过原点Ｏ的平面一侧的部分．则有∭Ωｆ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄＶ＝０，ｆ（－ｘ，－ｙ，－ｚ）＝－ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）；∭Ωｆ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄＶ＝２∭Ω１ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄＶ，ｆ（－ｘ，－ｙ，－ｚ）＝ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）．例㊀计算三重积分∭Ω（ｘ＋ｚ）２ｄＶ，其中Ω为区域｛（ｘ，ｙ，ｚ）ｘ２＋ｙ２＋ｚ２ɤ１，ｚȡ０｝．解㊀设Ω１表示开球｛（ｘ，ｙ，ｚ）ｘ２＋ｙ２＋ｚ２ɤ１｝，注意到Ω关于ｙＯｚ面对称，而Ω１关于三个坐标面都是对称的，所以∭Ω（ｘ＋ｚ）２ｄＶ＝∭Ωｘ２＋２ｘｚ＋ｚ２()ｄＶ＝∭Ωｘ２＋ｚ２()ｄＶ＝１２∭Ω１ｘ２＋ｚ２()ｄＶ＝１３∭Ωｘ２＋ｙ２＋ｚ２()ｄＶ＝１３ʏ２π０ｄθʏπ０ｓｉｎφｄφʏ１０ｒ４ｄｒ＝４１５π．三㊁对弧长的曲线积分的对称性及其应用定理㊀设Ｌ是平面上分段光滑的曲线，且Ｐ（ｘ，ｙ）在Ｌ上连续．１）若Ｌ关于ｘ轴对称，则ʏＬＰ（ｘ，ｙ）ｄｓ＝０，Ｐ（ｘ，－ｙ）＝－Ｐ（ｘ，－ｙ）；ʏＬＰ（ｘ，ｙ）ｄｓ＝２ʏＬ１Ｐ（ｘ，ｙ）ｄｓ，Ｐ（ｘ，－ｙ）＝Ｐ（ｘ，－ｙ）．其中Ｌ１是Ｌ在上半平面的部分．当Ｌ关于ｙ轴对称时，也有类似结论．２）若Ｌ关于原点对称，则ʏＬＰ（ｘ，ｙ）ｄｓ＝０，Ｐ（－ｘ，－ｙ）＝－Ｐ（ｘ，ｙ）；ʏＬＰ（ｘ，ｙ）ｄｓ＝２ʏＬ１Ｐ（ｘ，ｙ）ｄｓ，Ｐ（－ｘ，－ｙ）＝Ｐ（ｘ，ｙ）．其中Ｌ１是Ｌ在右半平面或上半平面部分．例㊀计算ʏＬ３ｘ２＋２ｘｙ＋４ｙ２()ｄｓ，其中曲线Ｌ是椭圆ｘ２４＋ｙ２３＝１，其周长为ａ．解㊀由于Ｌ关于ｘ轴对称且２ｘｙ是关于ｙ的奇函数，故ʏＬ２ｘｙｄｓ＝０，则ʏＬ３ｘ２＋２ｘｙ＋４ｙ２()ｄｓ＝ʏＬ３ｘ２＋４ｙ２()ｄｓ＋ʏＬ２ｘｙｄｓ＝ʏＬ３ｘ２＋４ｙ２()ｄｓ＝ʏＬ１２ｄｓ＝１２ʏＬ１㊃ｄｓ＝１２ａ．四㊁对面积的曲面积分的对称性及其应用定理［２］㊀设有界光滑或分片光滑曲面关于ｘＯｙ平面对称，ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）为曲面上的连续函数，则∬ ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄＳ＝０，ｆ（ｘ，ｙ，－ｚ）＝－ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）；∬ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄＳ＝２∬ １ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄＳ，ｆ（ｘ，ｙ，－ｚ）＝ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）．其中１：ｚ＝ｚ（ｘ，ｙ）ȡ０．㊀㊀㊀１３９㊀数学学习与研究㊀２０２２１７当关于ｙＯｚ面㊁ｚＯｘ面对称时，也有类似结论．五㊁积分区域关于积分变量具有轮换对称性情况下的积分定义㊀设ΩɪＲ３，如果（ｘ，ｙ，ｚ）ɪΩ时，都有（ｚ，ｘ，ｙ），（ｙ，ｚ，ｘ）ɪΩ，，则称区域Ω关于变量ｘ，ｙ，ｚ具有轮换对称性．定理１［３］㊀设积分区域Ω关于变量ｘ，ｙ，ｚ具有轮换对称性，则有∭Ωｆ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄＶ＝∭Ωｆ（ｚ，ｘ，ｙ）ｄＶ＝∭Ωｆ（ｙ，ｚ，ｘ）ｄＶ＝１３∭Ω［ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＋ｆ（ｚ，ｘ，ｙ）＋ｆ（ｙ，ｚ，ｘ）］ｄＶ．推论㊀设积分区域Ω关于变量ｘ，ｙ，ｚ具有轮换对称性，则有∭Ωｆ（ｘ）ｄＶ＝∭Ωｆ（ｚ）ｄＶ＝∭Ωｆ（ｙ）ｄＶ．定理２㊀设积分区域Ｄ关于变量ｘ，ｙ具有轮换对称性，则有∬Ｄｆ（ｘ，ｙ）ｄσ＝∬Ｄｆ（ｙ，ｘ）ｄσ＝１２∬Ｄ［ｆ（ｘ，ｙ）＋ｆ（ｙ，ｘ）］ｄσ．对于第一类曲线积分和曲面积分，同理可得到如下定理：定理３㊀设曲线Γ关于变量ｘ，ｙ，ｚ具有轮换对称性，则有ʏΓｆ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄｓ＝ʏΓｆ（ｚ，ｘ，ｙ）ｄｓ＝ʏΓｆ（ｙ，ｚ，ｘ）ｄｓ＝１３ʏΓ［ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＋ｆ（ｚ，ｘ，ｙ）＋ｆ（ｙ，ｚ，ｘ）］ｄｓ．定理４㊀设曲面关于变量ｘ，ｙ，ｚ具有轮换对称性，则有∬ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）ｄＳ＝∬ｆ（ｚ，ｘ，ｙ）ｄＳ＝∬ｆ（ｙ，ｚ，ｘ）ｄＳ＝１３∬［ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＋ｆ（ｚ，ｘ，ｙ）＋ｆ（ｙ，ｚ，ｘ）］ｄＳ．例１㊀计算二重积分∬Ｄａｆ（ｘ）＋ｂｆ（ｙ）ｆ（ｘ）＋ｆ（ｙ）ｄσ，其中Ｄ＝｛（ｘ，ｙ）ｘ２＋ｙ２ɤ４，ｘȡ０，ｙȡ０｝，ｆ（ｘ）为Ｄ上的正值连续函数，ａ，ｂ为常数．解㊀易知积分区域Ｄ关于变量ｘ，ｙ具有轮换对称性，由定理２，得∬Ｄａｆ（ｘ）＋ｂｆ（ｙ）ｆ（ｘ）＋ｆ（ｙ）ｄσ＝１２∬Ｄａｆ（ｘ）＋ｂｆ（ｙ）ｆ（ｘ）＋ｆ（ｙ）＋ａｆ（ｙ）＋ｂｆ（ｘ）ｆ（ｙ）＋ｆ（ｘ）éëêêùûúúｄσ＝１２（ａ＋ｂ）∬Ｄｄσ＝１２（ａ＋ｂ）ˑ１４πˑ２２＝（ａ＋ｂ）２π．例２㊀计算曲线积分ɥΓ（ｙ２＋ｚ２）ｄｓ，其中Γ：ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝ａ２，ｘ＋ｙ＋ｚ＝０．{解㊀因为积分区域Γ关于变量ｘ，ｙ，ｚ具有轮换对称性，由定理３，得ɥΓｙ２ｄｓ＝ɥΓｚ２ｄｓ＝１３ɥΓ（ｘ２＋ｙ２＋ｚ２）ｄｓ＝１３ａ２ɥΓｄｓ＝１３ａ２ˑ２πａ＝２３πａ３，所以，ɥΓ（ｙ２＋ｚ２）ｄｓ＝２ɥΓｙ２ｄｓ＝４３πａ３．六㊁结束语本文通过实际例题有力地说明了对称性方法对计算效率的提高和优化是切实可行的．通过各类积分综合题的计算回顾了对称性的相关知识点，较好地说明了对称性在积分计算中的应用．与其他解题方法相比较，对称性由于其显著的优化作用和简单易用，在积分领域一骑绝尘，得到了广泛的应用，使读者在领略数学独特魅力的同时，还激发人们无尽的想象力，使对称性的应用充满无限的可能．ʌ参考文献ɔ［１］同济大学应用数学系．高等数学（第五版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００７：８０－８６．［２］胡纪华，王静先．对称性在曲线积分及曲面积分计算中的应用［Ｊ］，江西科学，２０１２（１）：１－４．［３］秦勇．轮换对称性在积分中的应用［Ｊ］．常州工学院学报，２０１５（３）：６８－７１．［４］张锴．对称性在物理问题中的应用［Ｊ］．科技信息，２０１１（３５）：８９５－８９６．［５］刘洁，戴长城．对称性在积分计算中的应用［Ｊ］．邵阳学院学报，２００８（４）：２８－３２．［６］曹斌，孙艳．对称性在积分计算中的应用［Ｊ］．吉林师范大学学报，２０１２（３）：１３０－１３３．［７］张东，张宁．对称性在物理学中的应用研究［Ｊ］．北京联合大学学报，２００６（１）：２１－２４．［８］费时龙，张增林，李杰．多元函数中值定理的推广及应用［Ｊ］．安庆师范学院学报，２０１１（１）：８８－８９．。

对称性在积分运算中的应用

人们经常利用函数的奇偶性来简化定积分计
算Ⅲ ，即若厂（ｚ）在［一ａ，。］上连续，则有
Ｌｆ（ｚ，）如＝ｆＩｏｉ（，）曲一
划。［厂（ｚ，）＋（．ｙ，ｚ），
Ｌｆ（一矾，
其中Ｄ表示Ｄ中直线Ｙ — ｚ上（或下）方的部分．
证明取关于直线Ｙ— 对称的分割，将区域
某种对称性．当厂（Ｐ）在力中各对称点处的函数值的绝对值相等且符号相反，即＿厂（Ｐ）为相应于区域
ｌｉｍ
当对区域力及被积函数（Ｐ）赋以具体的含义
￣ｆ（８一ｊＪ。厂（）ｄ
＝
所以，式（１）成立．式（２）和式（３）易证，从略．性质２设函数ｆ（ｘ，Ｙ，２）在闭区域上连续，
…ｆ（ｚ，ｚ，）ｄｖ．
证明与性质１的证明类似，从略．
类似地，还有以下轮换性质．性质３设函数ｆ（ｘ，Ｙ，ｚ）在光滑曲线Ｉ１上连
基金项目：南京邮电大学教改项目（ＪＧＯＯＴ１１ＪＸ４０）作者简介：宋洪雪（１９７７－－），女，辽宁西丰人，硕士，讲师，从事非线性
动力系统研究．Ｅｍａｉｌ：ｓｏｎｇｈｘ＠ｎｊｕｐｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
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高等数学研究

对称性在积分计算中应用修订版

对称性在积分计算中应用Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998毕业设计（论文）题目：对称性在积分计算中应用学院：数理学院专业名称：信息与计算科学学号： 02学生姓名：鲍品指导教师：张晓燕2011年 5 月 20 日对称性在积分计算中的应用摘要对称性的应用很广泛，尤其在数学，物理学，化学等方面都有体现[1]。

本论文主要是探讨一下对称性在积分计算中的应用。

积分在微积分学中既是重点又是难点，特别是在解决积分计算问题上，方法比较灵活。

常见的积分方法有换元法和分部积分法，这些方法在解决一般的问题上还是奏效的，但是对于复杂的微积分计算和证明问题就显得有些心有余而力不足。

假如我们稍仔细地观察题目，很多时候我们会发现积分区域或被积函数具有某种对称性。

如果我们将对称性巧妙地应用到解决这类问题中去，不仅简化了计算过程而且还节省计算时间。

利用对称性解题方法比较灵活也十分重要。

接下来本论文将从定积分，重积分，曲线积分以及曲面积分四大方面入手，深入探讨对称性在积分计算中的应用。

最后分析利用对称性解题的条件与优势，总结出应用相关性质解题时要注意哪些方面。

关键词定积分，重积分，曲线积分，曲面积分，对称性，奇偶性AbstractThe application of symmetry is very widespread, particularly in mathematics, physics, chemistry and other aspects of embodied. This paper is to explore the symmetry in the integral calculation.Integral calculus is difficult in both the focus, especially in solving the problem of integral calculation, the method more flexible. The common integral method are the substitution of variables and the integration by parts. These methods are effective in the solution general question, but appear regarding the complex calculus computation and the proof question somewhat has more desire than energy. If we carefully observe the subject a little, usually we will find regional integration or product function has a symmetry. If we applied the symmetry skillfully to solve such problems, this not only simplifies the calculation process but also save computing time.More flexible use of problem-solving approach symmetry is also important, Then the paper will be integral, double integral, curve and surface integrals four points in a bid to further investigate the symmetry in the integral calculation. Finally, we solve problems by analyzing the symmetry of the conditions of use and advantages, summed up the nature of problem solving application related to the attention of what.Key wordsdefinite integral, heavy integral, curvilinear integral, surface integral, symmetry, parity目录1、绪论 (1)研究背景 (1)研究意义 (1)研究的思路及结构的安排 (2)2、对称性在定积分计算中的应用 (2)3、对称性在重积分计算中的应用 (3)二重积分计算 (3)三重积分计算 (6)4、对称性在曲线积分计算中的应用 (9)第一型曲线积分计算 (9)第二型曲线积分计算 (10)5、对称性在曲面积分计算中的应用 (11)第一型曲面积分计算 (11)第二型曲面积分计算 (13)6、对称性解题方法总结 (15)7、致谢 (16)8、参考文献 (17)1、绪论研究背景众所周知，对称性能给人以美的享受，客观世界中的许多事物都具有对称性。

对称性在定积分计算中的应用

ａ＋ｂ
、
Ｊｎ
１厂（ｚ）ｇ（ｚ）一ｄｘ — ｃｆＩ－ｇ（ｚ）．ｄｘ．
Ｊｎ
，
）对称，则看
ｒｂ
证明因，（ｚ）关于点（于直线ｚ一对称，得
，）对称，ｇ（ｚ）关 ‘
２ｃＩｇ（ｚ）ｄｘ一，．
称，又函数ｇ（ｚ）关于直线ｚ一ａ＠ｂ对称由定理１
可得结论成立．
定理２嘲设函数ｇ（ｚ）在［口，６］上连续且关于
直线一下ａ＠ｂ对称
，
收稿日期：２０ｌ３ — ０５ — ２４；修改日期：２０１３ — ０９ — １０作者简介：许永立（１９６９－－），男，陕西兴平人，助教，从事大学数学研
Ｊｆ（ｘ）ｄｘ —ｃ（６一ｎ）・
证明显然ｇ（）一１关于直线ｚ一 — ａ＋ｂ对
厂（口＋ｂ— ｚ）一２ｃ－一－厂（ｚ），
ｇ（ａ＋ｂ— ｚ）＝＝＝ｇ（ｚ）．
称，又，（ｚ）关于点（生，）对称，由定理１可得
续，函数厂（ｚ）关于点（于直线一下ａ－ｂ－ｂ对称
，
定理１将条件 “ 对称于原点的区间” 放宽为一般的闭
区间，且侧重于利用被积函数曲线的对称性．
则有
推论１设－厂（ｚ）在［ａ，６］上连续且关于点

对称性在积分计算中的应用【文献综述】

文献综述信息与计算科学对称性在积分计算中的应用在数学计算中, 积分计算是一个非常重要的部分. 早在古希腊时期数学家阿基米德在《抛物线图形求积法》和《论螺线》中, 利用穷竭法, 借助于几何直观, 求出了抛物线弓形的面积及阿基米德螺线第一周围成的区域的面积, 其思想方法是分割求和,逐次逼近. 虽然当时还没有极限的概念, 不承认无限, 但他的求积方法已具有了定积分思想的萌芽.[1] 17 世纪中叶, 法国数学家费尔玛、帕斯卡均利用了“分割求和”及无穷小的性质的观点求积, 更加接近现代的求定积分的方法. 可见, 利用“分割求和”及无穷小的方法, 已被当时的数学家普遍采用.[2]17世纪下半叶牛顿和莱布尼兹创造了微积分的基本方法. 但是, 他们留下了大量的事情要后人去解决, 首先是微积分的主要内容的扩展,其次是微积分还缺少逻辑基础. 创立于17 世纪的微积分, 主要应用于天文学、力学、几何学中的计算.[3] 而到19 世纪下半叶微积分已经发展成为一门系统、严密、完整的学科. 积分概念也趋于逻辑化、严密化,形成我们现在使用的概念. 定积分的概念中体现了分割、近似、求和的极限思想. 其中分割既是将[,]a b 任意地分成n 个小间,12,,,,,i n x x x x ∆∆∆∆L L ,其中i x ∆ 表示第I 个小区间的长度, 在每个小区间上任取一点i ξ做()i i f x ξ∆并求和()i if x ξ∆∑,这体现了求和的思想, 当区间的最大长度趋于零时, 和式的极限若存在即为()f x 在[,]a b 上的定积分. 利用定积分可以解决很多实际问题,例如求由曲线围成的平面图形的面积;求由曲线绕坐标轴旋转所得旋转体的体积;平行截面面积为已知的立体的体积;求曲线的弧长以及物理中的功、水压力等等时,()ba f x dx ⎰的积分形式也可以推广: (1) 可以把积分区间[,]ab 推广到无限区间上,如[,)a +∞ 等,或者把函数推广到无界函数,也就是广义积分. (2) 可以把积分区间[,]a b 推广到一个平面区域,被积函数为二元函数, 那么积分就是二重积分; 同样当被积函数成为三元函数、积分区域变成空间区域时就是三重积分. (3) 还可以将积分范围推广为一段曲线弧或一片曲面, 即曲线积分和曲面积分. 无论积分推广到何种形式, 它始终体现了这种分割的极限思想, 比如二重积分的概念:设(,)f x y 在有界闭区域D 上有界,(1) 分割: 将D 任意分成n 个小区域i σ∆并表示面积;(2) 近似: 在每个i σ∆上任取一点(,)i i ξη作乘积;(3) 求和取极限:若各区域直径的最大值趋于零时, 和式(,)i i if ξησ∆∑的极限存在, 即为 (,)f x y 在D 上的二重积分. 由此我们发现定积分与重积分在概念的本质上是一致的, 同样三重积分亦是如此.[4]此外,不定积分与定积分之间关系为:如果函数()F x 是连续函数()f x 在区间[,]a b 上的一个原函数,则()()()ba f x dx Fb F a =-⎰, 这是牛顿—莱布尼兹公式. 这个公式进一步揭示了定积分与被积函数的原函数或不定积分之间的联系. 它表明: 一个连续函数在区间[,]a b 上的定积分等于它的任一原函数在区间[,]a b 上的增量. 这就给求解定积分提供了一个简便而有效的计算方法. [5]积分在数学分析中有很重要的地位; 积分的计算方法有许多种, 相关文献都对其有探讨,但是对对称性的研究却很少涉及. 对称性在积分运算中有着很重要的意义, 通常可以简化计算. 本文研究了对称性在积分运算中的应用. 积分在数学分析中是相当重要的一项内容，而在计算积分的过程中，我们经常会碰到积分区域或者被积函数具有某种对称性的题型.[6] 那么, 如果我们在解题中发掘或注意到问题的对称性, 并巧妙地把它们应用到积分的计算过程中去, 往往可以简化计算过程, 收到意想不到的效果, 引起感情激荡, 造成感情上的共鸣, 更好地感知、理解数学美. 特别是对于有些题目, 我们甚至可以不用计算就可以直接判断出其结果. 在积分计算中利用对称性来解题这种方法, 是一种探索性的发现方法, 它与其他方法的不同之处主要体现在其创造性功能.[7] 下面我们举出几个对称性在积分计算中的例子, 张振强他的一篇对称性在二重积分中的应用论文中介绍如何利用对称性来计算二重积分, 并提出了通过适当改造被积函数和积分区城以利用对称性来简化计算的方法. 在一般情况下, 不仅要求积分区域D 具有对称性, 而且被积分函数对于区域D 也要具有对称性. 但在特殊情况下, 即使积分区域D 不对称, 或者关于对称区域D 被积函数不具备对称性, 也可以经过一些技巧性的处理, 使之化为能用对称性来简化计算的积分.[8]常见对称形式的二重积分的简化运算有三种, 一: 积分区域D关于坐标轴对称; 二: 分区域D关于=±对称. 在进行二重积分计算时, 善于观察被积原点对称; 三: 积分区域D关于直线y x函数和积分区域的特点, 注意兼顾被积函数的奇偶性和积分区域的对称性, 恰当地利用对称性方法解题, 可以避免繁琐计算, 使二重积分问题的解答大大简化. 刘渭川, 在他的利用对称性计算曲线积分和曲面积分, 论文中提到, 借助于(平面)空间曲线及空间曲面的直观几何意义, 利用曲线, 曲面关于坐标轴及坐标面的对称性, 探讨了对于定义在具有对称性的曲线、曲面上的奇(偶)函数, 如何利用对称性计算曲线积分及曲面积分这种积分方法使得曲线(面)积分更为简便、快捷, 同时, 也有利于避免因符号处理不当而导致的积分错误. [9]因此, 在积分计算中, 可以利用对称性来帮助求解, 不过我们在应用对称性求积分时还必须注意: 必须兼顾被积函数与积分区域两个方面, 只有当两个方面的对称性相匹配时才能利用; 对于第二型曲线积分与曲面积分, 在利用对称性时, 还需考虑路线的方向和曲面的侧, 应慎重; 合理利用轮换对称性以求简便计算. [10]参考文献[1] 王仲春等编著. 数学思维与数学方法论[M]. 北京: 高等教育出版社, 1991.[2] 王寿生等编. 130 所高校研究生高等数学入学试题选解及分析[M]. 沈阳: 辽宁科技出版社, 1988.[3] 陈仲、洪祖德编. 高等数学·研究生入学试题与典型例题选解[M]. 南京: 南京大学出版社, 1986.[4] 同济大学数学教研室主编. 高等数学[M]. 北京: 高等教育出版社, 1996.[5] 林源渠. 高等数学复习指导与典型例题分析[M]. 北京: 机械工业出版社, 2002.[6] 张云艳. 轮换对称性在积分计算中的应用[J]. 毕节师范高等专科学校学报(综合版),2002, 20(3): 90～92.[7] 龚冬保. 数学考研典型题[M]. 西安: 西安交通大学出版社, 2000.[8] 陈增政, 徐进明. 利用对称性简化被积函数是线性函数解的计算[J]. 工科数学, 1994,(10): 181.[9] D. Bennis, N. Mahdou . Strongly gornstein p rojective [J], injective, and flat modules1J PureApp l Algebra, 2007; 210: 437~445.[10] I.M , Gelfand, G.E.Shilov. Generalized functions vol. I [M]. New York: Academic Press1964.。

对称性在积分计算中的应用探讨

ｒ
＝
由定理２，得（２）如果，（，则二重积分』厂且积分区域Ｄ关于轴对称，
（）等于一半对称区域上的积分的两倍，即』，（ｙ）＝
参考文献：
作为对称性在积分计算中的具体应用，下面举几个具有代表性的例子。例１计算下列定积分．
（１）『二；（２）』。（１）．
解
１９８
［１】同济大学应用数学系．高等数学（上下册）．第五版．北京：高等教育出版社．２００２【２】王树勋，田壤等．高等数学（上下册）．第三版．西北工业大
定理１设函数，（）在闭区间卜ｎ，上连续，那么
ｒａ
所以由定积分的对称性，得
Ｊ罱０；
（２）这里被积函数）＝１慨在【一１，１】上是偶函数，由定理ｌ，得
（１）＝２』：（１忆）＝孚．
２０１３．Ｎ０．１０
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｎａｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
数理与化学研究
对称性在积分计算中的应用探讨
苏晓海（陕西理工学院数学与计算机科学学院，陕西汉中７２３００１）
轴上方的半圆形区域。
域。
例３计算下列三重积分：
）在空间有界闭区域ｎ上连续，且
定理３设函数Ｑ关于ｘｏｙ面对称，那么

对称性在积分计算中的应用研究【开题报告】

开题报告信息与计算科学对称性在积分计算中的应用研究一、综述本课题国内外研究动态, 说明选题的依据和意义对称性（symmetry ）是现代物理学中的一个核心概念, 它泛指规范对称性（gaugesymmetry) , 或局域对称性local symmetry ）和整体对称性（global symmetry ）. 它是指一[1]个理论的拉格朗日量或运动方程在某些变数的变化下的不变性. 如果这些变数随时空变化, 这个不变性被称为规范对称性, 反之则被称为整体对称性. 物理学中最简单的对称性例子是牛顿运动方程的伽利略变换不变性和麦克斯韦方程的洛伦兹变换不变性和相位不变性. 数学上, 这些对称性由群论来表述. 上述例子中的群分别对应著伽利略群, 洛伦兹群和U(1)群. 对称群为连续群和分立群的情形分别被称为连续对称性（continuous symmetry)和分立对称性(discrete symmetry). 德国数学家外尔(Hermann Weyl)是把这套数学方法运用於物[2]理学中并意识到规范对称重要性的第一人. 1950年代杨振宁和米尔斯意识到规范对称性可以完全决定一个理论的拉格朗日量的形式, 并构造了核作用的SU(2)规范理论.[3]我这次论文方向主要涉及对称性在积分计算中的应用. 在积分的计算中充分利用积分区域的对称性及被积函数的奇、偶性, 往往可以简化计算, 达到事半功倍的效果. 近年来, 在全国研究生入学考试数学试题中不乏涉及对称性的积分试题. 本文将系统地介绍有关[4]内容并举出相关例子.以二重积分为例若积分区间关于变元具有轮换对称性, 则必有D ,x y 积分区域关于直线对称. 因此在某些复杂的积分过程中, 若能注意并充分利用积分D y x =区域的轮换对称性往往可以简化积分计算过程, 提高解题效率. 例如[6](1) , 1(,)(,)((,)(,))2D D f x y d f y x d f x y f y x d σσσ==+⎰⎰⎰⎰⎰⎰(2) 若关于直线对称,记为中位与直线上半部分区域, 则有D y x =1D D y x =. 12(,),(,)(,)(,)0,(,)(,)D D f x y d f x y f y x f x y d f x y f y x σσ⎧=⎪=⎨⎪=-⎩⎰⎰⎰⎰积分在数学分析中是相当重要的一项内容, 而在计算积分的过程中, 我们经常会碰到积分区域或者被积函数具有某种对称性的题型. 那么, 如果我们在解题中发掘或注意到问题的对称性, 并巧妙地把它们应用到积分的计算过程中去, 往往可以简化计算过程, 收到意想不到的效果, 引起感情激荡, 造成感情上的共鸣, 更好地感知、理解数学美. 特别是对[7]于有些题目, 我们甚至可以不用计算就可以直接判断出其结果. 在积分计算中利用对称性来解题这种方法, 是一种探索性的发现方法, 它与其他方法的不同之处主要体现在其创造性功能. 因此, 在积分计算中, 可以利用对称性来帮助求解, 不过我们在应用对称性求积分时还必须注意: 必须兼顾被积函数与积分区域两个方面, 只有当两个方面的对称性相匹配时才能利用; 对于第二型曲线积分与曲面积分, 在利用对称性时, 还需考虑路线的方向和曲面的侧, 应慎重; 合理利用对称性以求简便计算.[8]二、研究的基本内容, 拟解决的主要问题研究的基本内容: 对称性在积分计算中的应用研究解决的主要问题:1．总结各种积分的计算方法2．将应用对称性求解的方法, 与原来的方法比较看优化之处.三、研究步骤、方法及措施：一．研究步骤:1．查阅相关资料, 做好笔记;2．仔细阅读研究文献资料;3．在老师指导下确定整个论文的思路, 列出论文提纲, 撰写开题报告;4．翻译英文资料;5．开题报告通过后撰写毕业论文;6．上交论文初稿;7．反复修改论文, 修改英文翻译, 撰写文献综述;8．论文定稿.二．方法、措施: 通过到图书馆、上网等查阅收集资料, 参考相关内容在老师指导下, 归纳整理各类问题四、参考文献[1] 王仲春等编著. 数学思维与数学方法论[M]. 北京: 高等教育出版社, 1991,.[2] 王寿生等编. 130 所高校研究生高等数学入学试题选解及分析[M] 沈阳: 辽宁科技出版社,1988.[3] 陈仲、洪祖德编. 高等数学·研究生入学试题与典型例题选解[M]. 南京: 南京大学出版社, 1986.[4] 同济大学数学教研室主编. 高等数学[M]. 北京: 高等教育出版社, 1996.[5] 龚冬保. 数学考研典型题[M]. 西安: 西安交通大学出版社, 2000.[6] 陈增政, 徐进明. 利用对称性简化被积函数是线性函数解的计算[J]. 工科数学, 1994,4(10): 181~183.[7] D. Bennis, N. Mahdou . Strongly gornstein p rojective, injective [J], and flat modules1J PureApp l Algebra, 2007; 210: 437~445.[8] I.M , Gelfand, G.E.Shilov. Generalized functions, vol. I [M]. New York: Academic Press1964.。

对称性在积分计算中的应用

则ｆ，Ｙ）ｄ－＝０ｏ．如果一，一Ｙ）＝－厂（，Ｙ），
，
ｙ）ｄ－＝２ｏ
，ｙ）ｄｏ－＝２ｘ，ｙ）ｄｏ－，其中Ｄ
ＪＩｌｆ，Ｙ）ｄｏ－＝０
若，Ｙ）是关于Ｘ的偶函数，即厂（一，Ｙ）＝－厂（，Ｙ）则
第３３卷第６期
２０１５年１１月
佳木斯大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｍｕｓｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
，
：
｛（，Ｙ）∈Ｄｌ ≥０｝，Ｄ２＝｛（，Ｙ）∈ＤｆＹ≥０｝定理５设空间有界闭区域＝。ｕ，
与关于ｘｏｙ坐标面对称，函数ｌ厂（，Ｙ，ｚ）在ｏ－＝２
）ｄｘ，
称，函数厂（，ｙ）在Ｄ上连续且，Ｙ）关和Ｙ均为偶函数，则
ｘ，ｙ）ｄ－＝４ｏｘ，ｙ）ｄｏ－
Ｄ
注意：这里闭区间［一ｎ，］也可换成（一８，ｎ）
或（一∞ ，＋∞ ）公式还成立．定理２（１）设有界闭区域Ｄ＝Ｄｔ３Ｄ：，Ｄ
４结束语
大量的位置隐私研究工作基于 “ 零和博弈 ” 的观点，提出了权衡服务质量和隐私保护的方法，其

对称性在定积分及二重积分计算中的应用

定积分和二重积分是高等数学中常用的积分计算方法，它们都可以用来计算曲线、曲面或曲面的某些区域的积分。

它们的计算方法是基于定积分和二重积分的对称性的，而对称性是它们的重要特性之一。

对称性在定积分和二重积分计算中可以用来提高计算效率。

在定积分计算中，我们可以用对称性来减少计算量，只需要计算一半的区域，就可以得出积分值。

在二重积分计算中，我们可以利用对称性来减少计算量，只需要计算一半的单元格，就可以得出积分值。

此外，对称性在定积分和二重积分计算中还可以用来检查计算结果的准确度。

在定积分计算中，如果积分结果不是对称的，则可能存在计算错误；在二重积分计算中，如果积分结果不是对称的，则可能存在计算错误。

总之，对称性在定积分和二重积分计算中具有重要的意义，可以提高计算效率，也可以检查计算结果的准确性。

对称性在积分计算中应用

对称性在积分计其中用^TOBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128)毕业设计（论文）题目：对称性在积分计算中应用学院：数理学院专业名称：信息与计算科学学号：学生姓名：鲍品指导教师：张晓燕2011年5月20日对称性在积分计算中的应用摘要对称性的应用很广泛，尤其在数学，物理学，化学等方面都有体现⑴。

本论文主要是探讨一下对称性在积分计算中的应用。

积分在微积分学中既是重点又是难点，待别是在解决积分计算问题上，方法比较灵活。

假如我们稍仔细地观察题目，很多时候我们会发现积分区域或被积函数具有某种对称性。

如果我们将对称性巧妙地应用到解决这类问题中去，不仅简化了计算过程而且还节省计算时间。

利用对称性解题方法比较灵活也十分重要。

接下来本论文将从定积分，重积分，曲线积分以及曲面积分四大方面入手，深入探讨对称性在积分计算中的应用。

最后分析利用对称性解题的条件与优势，总结出应用相关性质解题时要注意哪些方面。

关键词定积分，重积分，曲线积分，曲面积分，对称性，奇偶性AbstractThe application of symmetry is very widespread, particularly in mathematics, physics, chemistry and other aspects of embodied・ This paper is to explore the symmetry in the integral calculation.Integral calculus is difficult in both the focus, especially in solving the problem of integral calculation, the method more flexible. The common integral method are the substitution of variables and the integration by parts. These methods are effective in the solution general question, but appear regarding the complex calculus computation and the proof question somewhat has more desire than energy. If we carefully observe the subject a little, usually we will find regional integration or product function has a symmetry. If we applied the symmetry skillfully to solve such problems, this not only simplifies the calculation process but also save computing time・More flexible use of problem-solving approach symmetry is also important, Then the paper will be integral, double integral, curve and surface integrals four points in a bid to further investigate the symmetry in the integral calculation. Finally, we solve problems by analyzing the symmetry of the conditions of use and advantages, summed up the nature of problem solving application related to the attention of what・Key wordsdefinite integral, heavy integral, curvilinear integral, surface integral, symmetry, parity 目录1、绪论 (1)研究背景 (1)研究意义 (1)研究的思路及结构的安排 (2)2.对称性在定积分计算中的应用23、对称性在重积分计算中的应用 (3)二重积分计算 (3)三重积分计算4.对称性在曲线积分计算中的应第一型曲线积分计算 (9)第二型曲线积分计算 (10)5.对称性在曲面积分计算中的应11第一型曲面积分计算 (11)第二型曲面积分计算 (13)6.对称性解题方法总结 (15)7、致谢 (16)8、参考文献 (17)1、绪论研究背景众所周知，对称性能给人以美的享受，客观世界中的许多事物都具有对称性。

对称性在积分计算中应用研究

面区域。证明因为Ｄ关于ｚ轴对称，以不妨设Ｄ：２所１ ≤ ≤
ｂ一（ ≤ ≤ （，而，ｚ）ｚ）从
（如肛）一
Ｊ— （ｚ）
，ｙ，）ｄ
ＪＪ
例５设ｚ为椭圆等十等一１其周长为ｎ计算曲线积，，
（ｚ－４。４－ｘｄ。３４ｙ５ｙ）ｓ
时，ｆｘｄｌ（）ｘ＝０当，ｚ；（）是偶函数时，ｆｘｄＩ（）ｘ一
２ｚｄｒ。）
｛Ｉ，Ｉ＋＜１（）ｚ，Ｏ。 ≥ ｝
利用定理１可以计算下面的题目。，例１计算定积分
一
解Ｉｊ ÷ ｄ＋ｌｄ，：ｚｓ＝再再。故
是由Ｙ— ｚｚ＝一】和Ｙ一１围成的平面闭区域。，
一
把定理１广到二重积分的计算中有下面的结论：推－－２ｇｎ１。定理２设函数ｆｘ）ｘｙ平面上的有界闭区域Ｄ（，在Ｏ上连续，Ｄ关于ｚ轴对称，果函数ｆｘ，是关于Ｙ奇且如（）的例４
计算二重积分Ｊｌｙ４１－。Ｚａ其中Ｄ — ｚ一ｙｄ，ｌｘ４
函数，（，）即ｆｘ一一一ｆｘ，Ｉ（，）ａ一０如果函（，）则ｘｙｄＩｆ；
数ｆｘ，（）是关于ｙ的偶函数，ｆｘ一）一厂ｚ，，即（，（）则
关于ｚ的奇函数，而由定理３从，
是
『』南出ｚ南出＝『』一

浅谈对称性和奇偶性在积分学中的应用

(１－ｘ ) ｄｘ＝
.
２ ∫
５
２
解
Ｄ
２
Ｄ
２
２
１
１
Ｄ
１
－１
ｘ２
－１
Ｄ
４
例４设区域Ｄ＝ { ( ｘꎬｙ) ｜ｘ２＋ｙ２ ≤ １ꎬｘ ≥ ０} ꎬ计算
１＋ｘｙ
二重积分Ｉ＝
ｄｘｄｙ. (２００６年考研题)
１
＋
ｘ２＋ｙ２
Ｄ
１＋ｘｙ
分析因为Ｄ关于ｘ轴对称ꎬ被积函数
Ｄ
Ｄ
１
１
＝
ｄｘｄｙ
２
２ｄｘｄｙ＋０＝２
２
１
＋
ｘ
＋
ｙ
１
＋
ｘ
＋ｙ２
Ｄ
Ｄ
∬
∬
∬
∬
＝２
＝
∫ ｄθ∫
０
π
２
１
０
∬
∬
１
π
ｒｄｒ＝２
２
１＋ｒ２
１
∫
１
０
１
１
ｄ(１＋ｒ２ )
２１＋ｒ２
π
ｌｎ２( 其中Ｄ１为Ｄ在第一限象部分) .
２
专题研究
１２８
ａ
０
∫
ａ
－ａ
∫
ａ
－ａ
ａ
０
∫ ｆ( －ｘ) ｄｘ＋
Ｄ
２ｆ( ｘꎬｙ) ｄｘｄｙꎬ当ｆ( －ｘꎬｙ) ≡ ｆ( ｘꎬｙ) 时ꎬ
Ｄ１
其中Ｄ１＝ { ( ｘꎬｙ) ∈ Ｄꎬｘ ≥ ０} .
(２) 若Ｄ关于ｘ轴( ｙ＝０) 对称ꎬ则

对称性在积分中的应用

第20卷第4期2000年10月　数学理论与应用MA THEMA TICAL THEOR Y AND APPL ICA TIONSVol.20No.4Oct.2000对称性在积分中的应用Ξ陈云新(中南工学院基础部,衡阳市421001)摘　要　本文讨论了在各类积分中利用对称性解题的技巧和使用方法.关键词　积分,对称在积分中的计算中,经常遇到积分区域具备对称性的题型.如果能利用其对称性的性质,则可以简化其计算过程,特别是有些题不用计算可以直接判断出其结果.本文讨论了利用积分区域的对称性配合被积函数的奇,偶性简化定积分,重积分,第一类曲线,曲面积分计算过程的使用方法.(以下都在积分存在的前提下予以讨论)一、定积分的对称性若积分区间为[-a,a],则(1)当f(-X)=f(X)时∫a-a f(x)dx=2∫a0f(x)dx(2)当f(-X)=-f(X)时,∫a-a f(x)dx=0二、二重积分的对称性在二重积分κDf(x,y)dσ的计算过程中;11若积分区域D关于X轴对称,记位于X轴上半部分区域为D1,则(1)当f(x,-y)=f(x,y)时,κD f(x,y)dσ=2κD1f(x,y)dσ(2)当f(x,-y)=-f(x,y)时,κDf(x,y)dσ=021若积分区域D关于Y轴对称,记位于Y轴右半部分区域为D1,则;(1)当f(-x,y)=f(x,y)时κD f(x,y)dσ=2κD1f(x,y)dσ(2)当f(-x,y)=-f(x,y)时,κDf(x,y)dσ=0三、三重积分的对称性在三重积分µΩf(x,y,z)dv的计算过程中;Ξ收稿日期:2000年4月11若积分区域Ω关于XO Y面对称,记Ω位于XO Y面上半部分为Ω1,则:(1)当f(x,y,-z)=f(x,y,z)时,µΩf(x,y,z)dv=2µΩ1f(x,y,z)dv(2)当f(x,y,-z)=-f(x,y,z)时µΩf(x,y,z)dv=021若积分区域#W关于YOZ面对称,记Ω位于YOZ面前冲击2部分为Ω1,则(1)当f(-x,y,z)=f(x,y,z)时,µΩf(x,y,z)dv=2µΩ1f(x,y,z)dv(2)当f(x,-y,z)=-f(x,y,z)时,µΩf(x,y,z)dv=031若积分区域Ω关于ZO Y面对称,记Ω位于ZOX面右半部分为Ω1,则:(1)当f(x,-y,z)=f(x,y,z)时,µΩf(x,y,z)dv=2µΩ1f(x,y,z)dv(2)当f(x,-y,z)=-f(x,y,z)时,µΩf(x,y,z)dv=0四、第一类曲线积分的对称性A1平面曲线积分∫L f(x,y)ds的计算过程11若曲线L关于X轴对称,记L位于X轴上半部分为L1:则:(1):当f(x,-y)=f(x,y)时∫L f(x,y)ds=2∫L1f(x,y)ds(2):当f(x,-y)=-f(x,y)时,∫L f(x,y)ds=021若曲线L关于Y轴对称,记L位于Y轴右半部分为L1:则:(1):当f(-x,y)=f(x,y)时,∫L f(x,y)ds=∫L1f(x,y)ds(2):当f(-x,y)=-f(x,y)时,∫L f(x,y)ds=0B:空间曲线积分∫ΓF(x,y,z)ds的计算过程11若积分曲线Γ关于XO Y面对称,记Γ位于XO Y面上半部分为Γ1,则:(1)当F(x,y,-z)=f(x,y,z)时,∫ΓF(x,y,z)ds=2∫Γ1F(x,y,z)ds (2):当F(x,y,-z)=-F(x,y,z)时,∫ΓF(x,y,z)ds=021若积分曲线Γ关于YOZ面对称,记Γ位于YOZ面前半部分为Γ1,则:(1)当F(-x,y,z)=F(x,y,z)时,∫ΓF(x,y,z)ds=2∫Γ1F(x,y,z)ds (2)当F(-x,y,z)=-F(x,y,)时,∫ΓF(x,y,z)ds=031若积分曲线Γ关于ZOX面对称,记Γ位于ZOX面右半部分为Γ1,则:(1)当F(x,-y,z)=F(x,y,z)时,∫ΓF(x,y,z)=2∫Γ1F(x,y,z)ds (2):当F(x,-y,z)=-F(x,y,z)时,∫ΓF(x,y,z)=014第4期陈云新:对称性在积分中的应用五、第一类曲面积分的对称性在第一类曲面积分κ∑F(x,y,z)ds的计算过程中.11若积分曲面∑关于XO Y面对称,记∑位于XO Y面上半部分为∑1;则:(1):当F(x,y,-z)=F(x,y,z)时,κ∑F(x,y,z)ds=2κ∑1F(x,y,z)ds(2)当F(x,y,-z)=-F(x,y,z)时,κ∑F(x,y,z)ds=021若积分曲面∑关于YOZ面对称,记∑位于YOZ面前半部分为∑1;则:(1)当F(-x,y,z)=F(x,y,z)时,κ∑F(x,y,z)ds=2κ∑1F(x,y,z)ds(2)当F(-x,y,z)=-F(x,y,z)时,κ∑F(x,y,z)ds=031若积分曲面∑关于ZOX面对称,记∑位于ZOX面右半部分为∑1;则:(1)当F(x,-y,z)=F(x,y,z)时,κ∑F(x,y,z)ds=2κ∑1F(x,y,z)ds(2)当F(x,-y,z)=-F(x,y,z)时,κ∑F(x,y,z)ds=0六、应用举例例1:求µΩzln(x2+y2+z2+1)x2+y2+z2+1dv,其中Ω:x2+y2+z2Φ1.解:∵积分区域Ω关于XO Y面对称而被积函数f(x,y,z)=zln (x2+y2+z2+1)x2+y2+z2+1满足:f(x,y,-z)=-f(x,y,z)∴µΩzln(x2+y2+z2+1)x2+y2+z2+1dv=0例2:求∮L x2+y2ds,其中L为圆周x2+y2=ax.解:因为曲线L关于X轴对称,记位于X轴上方部分为L1而被积函数f(x,y)=x2+y2满足:f(x,-y)=f(x,y)所以∮L x2+y2ds=2∮L1x2+y2ds=2a2例3:计算λ∑xyzds,其中∑是球面x2+y2+z2=1.解:此题中积分区域∑具有多重对称性,任选其中一种都可以得出本题的结果.所以24数学理论与应用第20卷λ∑xyzds =0参考文献[1]　同济大学编《高等数学》第四版下期,高等教育出版社,1996,12(上接39页)而求得所求积分值为π24.从以上的分析讨论可以看到,分解变形这一技巧在积分运算中是一种用途广泛的方法,应用得恰当,不但可以将复杂问题简单化,而且有时还可以起到提示解题思路的作用.附:主要参考资料[1]同济大学数学教研室编.高等数学1高教出版社[2]西安交通大学高等数学教研室编.复变函数论1高等教育出版社出版34第4期陈云新:对称性在积分中的应用。

对称性和奇偶性在积分中的应用

2． 3 积分区域关于直线 = 对称（也称作变量可轮换性或变量位置的对称性）
例7，解一：利用 2.2
，其中 : 2+
2
1
解二：利用 2.2， 2.3.解一中
2
关于 = 对称，因此
学技术出版社， 1999 [4] 李富强，王东霞. 关于奇偶函数在对称区间上的定积分公式的推广[J].平顶山工学院学报， 2004， 13(2):67-69 [5] 翁耀明. 一类反函数的简捷积分法 [J]. 大学数学， 2003， 19(2):91-93 [6] 孙建武，宋扣兰. 积分计算的对称性定理的推广及其应用[J]. 淮阴师范学院学报， 2006， 5(3):190-193
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学科教学
2008 年 6 月号
对称性和奇偶性在积分中的应用
运城学院师范分院王洁
[摘要]在定积分和重积分的计算中，恰当地利用积分区域的对称性和被积函数的奇偶性，可以使积分运算大大简化,并通过具体例子表明这些结论是十分有效的。 [关键词]对称性奇偶性定积分重积分
积分计算是微积分的基本运算，但求积分却没有固定的方法可循，只能依据基本思路，因题而异进行尝试。在积分计算中巧妙地利用积分区域的对称性、被积函数的奇偶性，既能收到事半功倍的效果，又很好地体现了数学的对称美。下面给出笔者在教学中发现的几则应用。 1．定积分中的应用 1． 1 积分区间对称当被积函数有奇偶性时，当被积函数无奇偶性时，大部分教材上都有，这里就不赘述了。例 1 计算解：直接利用上述结论，有例 2 计算分析：本题可以直接利用上述结论来求，也可以利用对数函数的性质进行变形，将对数部分化为奇函数，进而求解。解：令，因为又（2 得到一般地，如果（）为[ ，而在[-2， 2]是函数，有 =

对称性在积分教学中的一些应用

被积函数在＋．上关于沩奇函数；
在Ｄ＾＋Ｄ上关于ｙ为奇函数，故为０；
’
毒
【２】陈云新对称性在积分中的应用Ｕ】数学理论与应
用，２０００，１０．
【３】徐小湛对称性在积分计算中的应用叭高等数学研
＝
ｆｊ（ｎ十６）懒＝（＋钟
＋ｌ
所以：
原式＝『ｆ＋６）嘲＋ｂ）ｚ
Ｄ
＝
从以上可以看出，对称性在积分的计算中具有非常重要的作用，在教学中，可告诉学生，当看到积分区域对称或函数有奇偶性时，就可以思考能用上述的一些结论，说不定可以起到意想不到的效果。
０
ＤＤ
一
例３：计算二重积分
ｇ
埘＝一・
区域：Ｄ：ｆ（盖圳ｘ：＋，４ｏ，，ｏ｝ｊ解：积分区域Ｄ关于直线Ｊ，＝Ｘ轴对称，由二重积分的对称性３，
精孵耐＝ｇ精牌蚴
、
ｚ』ｆ絮精蛳ｇ精ａｖ－ａ＞，
究，２００１，０３．
当，（Ｊ）＝，瓴）则汀，（置）昀 ’ ：２『ｆ－ｒ如蚴．
０Ｄ
ｎ为自右半部分；
（３）Ｄ关于直线Ｙ＝礴由对称时：
被积函数ＣＯＳＸＳｉｌ１Ｊ，在Ｄｌ＋皿上关于ｘ为偶函数；在上关于ｙ为奇函数上连续且为奇函数。

对称性在积分计算中的应用

对称摘要对称性是解决数学问题的重要方法之一.在积分学中充分利用积分区域的对称性和被积函数的奇偶性,使得数学积分的计算过程得到简化.本文通过总结定理和性质并借助实例说明对称性在定积分、重积分、曲线积分、曲面积分计算中的应用.关键词对称性定积分重积分曲线积分曲面积分1. 前言在许多人眼里,数学是抽象和复杂的,但在此背后,也有着它和谐的旋律.如果我们能够更多的理解和掌握数学中的很多规律,就会对数学有更深的认识和感受.目前人们普遍认识到的数学美的基本内容有：统一美、对称美、简洁美、奇异美.它们各有内涵,各有吸引人之处,而对称美是指数学内容中的部分与部分、部分与整体之间和谐一致,以及各种数学概念和理论之间所存在的“对等美”.关于对称性在积分计算中的应用,首先明确以下问题：(1)关于对称性的了解,以简单点为例：点),(y x 关于x 轴的对称点为),(y x -；点),(y x 关于y 轴的对称点为),(y x -；点),(y x 关于原点对称的对称点为),(y x --；点),(y x 关于x y =对称的对称点为),(x y .(2)函数的奇偶性判断,以及两个函数和差积运算后的奇偶性.(3)本文所涉及内容都是R —可积函数.（],[b a 上的连续函数在],[b a 上必可积；只有有限个第一类不连续点的函数是可积的,即分段函数是可积的；单调有界函数必定可积.）(4)清楚的区分各种积分的表达式.(5)用极坐标将二、三重积分化为累次积分时应该注意的地方.(6)数学分析就是用极限的思想来研究函数的一门学科,需对研究内容的产生和如何解决的方式有一定的了解.(7)基本积分公式、倍角公式的熟悉应用.2. 对称性在定积分计算中的应用定理1[4] 设函数)(x f 在],[a a -上连续,那么⎪⎩⎪⎨⎧=--=-=⎰⎰-aaax f x f x x f x f x f x x f 0)()(,d )(2)()(,0d )( 2.1 计算.d 11lnI 442⎰-+-=ππx xxx分析：定积分在研究区间]4,4[ππ-是关于原点对称的, 又因为2x 为偶函数,xx+-11ln是奇函数,故由定理1可知,0=I . 2.2 计算.d cos21)arctan 1(I 22⎰-++=ππx x x分析：定积分在研究区间是关于原点对称的,又因为⎰-++=22d cos21)arctan 1(I ππx x x⎰-+++=22d )2cos 1arctan 2cos 1(ππx x x x因为x 2cos 1+为偶函数,x x2cos 1arctan +为奇函数,故由定理1知 ,0d 2cos 1220++=⎰πx x⎰=202d cos 22πx x⎰=20d cos 22πx x22 =2.3［8］计算.d 4cos I 224⎰-=ππx x 分析：定积分研究区间]4,4[ππ-是关于原点对称的, 因为x 4cos 4为偶函数,故由定理1知,23d cos 8d cos 42I 204204πππ===⎰⎰x x x x （进行积分计算时,有x x x x n nn d cos d sin 2020⎰⎰==I ππ,且有递推公式21-I -=I n n nn 成立.） 2.4 计算.d 1)(arcsin I 232322x xx ⎰--=分析：先用凑分法,再做代换,最后利用对称性,则有 x xx d 1)(arcsin I 232322⎰--=x x darcsin )(arcsin 23232⎰-=⎰=33-2d ππt t27d 330-2ππ==⎰t t2.5 计算.d )1ln(I 22⎰-+=x e x x分析：显然积分区间关于原点对称,但)1ln(x e +既不是奇函数也不是偶函数,我们可以利用2)()(2)()()(x f x f x f x f x f --+-+=,其中2)()(x f x f -+为偶函数, 2)()(x f x f --为奇函数,把它分解成为一个奇函数和一个偶函数的和. 令)1ln()(xe xf +=,则)2ln(212)()(x x e e x f x f -++=-+,22)()(x x f x f =--所以有, ⎰-+=22d )1ln(I xe x x⎰--+++=22d )]2ln([21xe e x x x x 然而)2ln(xxe e x -++是关于x 的奇函数,2x 是关于x 的偶函数,由定理1知,⎰⎰-==202222d d 21x x x x 38= 2.6 计算.d 1I 112⎰-=x x分析：定积分在研究区间]1,1[-是关于原点对称的,又因为21x 是偶函数,由定理1知, ⎰-=112d 1I x x⎰=102d 12x x2-=然而这个答案是不正确的,事实上,由于被积函数012>x ,所以当积分存在时,其值必大于零,原因在于在区间]1,1[-上有第二类间断点0=x ,因而不能用对称性或者莱布尼茨公式计算. 小结在定积分对称性的应用中,我们看到,这里所指的对称性是区间是否关于原点对称,而与被积函数的图像是否关于对称轴或者原点对称无关,但是与被积函数的奇偶性密切相关；另外经过奇偶函数的和差积得到的新函数的奇偶性,倍角公式,特殊公式的熟练掌握和应用也是非常重要的；最重要的是无论用公式还是用对称性来解题都要首先确定被积函数是R —可积函数.3. 对称性在二重积分计算中的应用定理2 [5][7][9] 设函数),(y x f 在D 上连续,且⎰⎰=I Dy x y x f d d ),(存在,记}0,),(|),{(1≥∈=x D y x y x D }0,),(|),{(2≥∈=y D y x y x D}0,0,),(|),{(3≥≥∈=y x D y x y x D }0,),(|),{(4≥∈=y D y x y x D（1）设D 关于轴x 对称,D y x ∈∀),(,⎪⎩⎪⎨⎧=--=-=⎰⎰⎰⎰2),(),(,d d ),(2),(),(,0d d ),(D Dy x f y x f y x y x f y x f y x f y x y x f（2）设D 关于y 轴对称,D y x ∈∀),(,⎪⎩⎪⎨⎧=--=-=⎰⎰⎰⎰1),(),(,d d ),(2),(),(,0d d ),(D Dy x f y x f y x y x f y x f y x f y x y x f（3）设D 关于原点对称,D y x ∈∀),(,()⎪⎩⎪⎨⎧=---=--=⎰⎰⎰⎰3),(),(,d d ,2),(),(,0d d ),(D Dy x f y x f y x y x f y x f y x f y x y x f（4）设D 关于直线x y =对称,D y x ∈∀),(,⎪⎩⎪⎨⎧=-==⎰⎰⎰⎰4),(),(,d d ),(2),(),(,0d d ),(D Dy x f x y f y x y x f y x f x y f y x y x f（5）设D 关于x 轴和y 轴均对称,D y x ∈∀),(⎪⎩⎪⎨⎧=-=--=--=-=⎰⎰⎰⎰3),(),(),(),(,d d ),(4),(),(),(),(,0d d ),(D Dy x f y x f y x f y x f y x y x f y x f y x f y x f y x f y x y x f 或者或者(6)(变量可轮换性)若积分区域关于z y x ,,具有轮换对称性,则[]⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰++===DDDDy x x z f z y f y x f yx x z f y x z y f y x y x f d d ),(),(),(31d d ),(d d ),(d d ),(3.1 计算⎰⎰=I Dy x y x d d sin 其中D 由双纽线)()(222222y x a y x -=+围成. 分析：已知D 关于y 轴对称,且是关于x 的奇函数,所以0=I . 3.2[8] 计算⎰⎰++-=I Dy x zy x x y d d 22222,其中}1|),{(≤+=y x y x D分析：由于D 关于直线y x =对称,且被积函数具有性质),(),(y x f z y f -=,所以0=I . 3.3[5] 计算()⎰⎰+=I Dy x y x d d 22,其中D :122≤+y x 分析：()⎰⎰+=I Dy x y x d d 22⎰⎰++=Dy x xy y x d d 4422积分区域D 关于x 轴对称,且被积函数xy 4为y 的奇函数,所以,0d d 4=⎰⎰Dy x xy又因为在积分区域D 中y x ,的地位相同,则有⎰⎰⎰⎰=DDy x y y x x d d d d 22,所以, ⎰⎰=I Dy x y d d 52⎰⎰+=Dy x y x d )d (2522 ⎰⎰=10320d d 25r r πθ45π=3.4 计算⎰⎰+=I Dy x y x d )d (,其中D :1y x22≤+.分析：积分区域D :1y x 22≤+关于x 轴,y 轴均对称,而且被积函数关于y 和x 是偶函数, 固有 ⎰⎰+=I 3d )d (4D y x y x⎰⎰+=120d )d sin cos (4r r r r πθθθ⎰⎰+=12220)d sin cos (d 4r r r θθθπ38=3.5[5] 设D 是()()()1-1-1,1-1,1，、、为顶点的三角形区域,1D 为D 在第一象限的部分,则) (d d )sin (22=+⎰⎰--Dy x y x ye xy分析：如图4321D D D D D =,由对称性可知0d d 21=⎰⎰D D y x xy ,0d d 43=⎰⎰D D y x xy 所以0d d =⎰⎰Dy x xy .在43D D 上,22--sinye y x 是关于y 的奇函数,故有,0d d esin 4322-=⎰⎰D D -y xy x y在21D D 上是关于x 的偶函数,所以,⎰⎰⎰⎰=+12222d d sinye 2d )d sinye (--D -y xD-y xy x y x xy3.6 计算⎰⎰++=I Dy x y x yf x d d ])(1[22,其中D 由1,1,3-===x y x y 围成. 分析：如图所示，做辅助线3x y -=的左半部分,则积分区域被分为21D D 和,其中21D 表示1D 位于x 轴上方的部分，1D 关于x 对称，2D 关于y 轴对称，由于被积函数是关于x 的奇函数,故有,0d d ])(1[222=++=I ⎰⎰D y x y x yf x 又由于)(22y x xyf +是关于y 的奇函数,故有,⎰⎰++=I 1d d ])(1[22D y x y xyf x0d d 21+=⎰⎰D y x x⎰⎰-=2001d d 2x y x x⎰--=014d 2x x52-= 小结 )(x,y f 关于x,y 的奇偶性,只能分别对一个变量来考虑,而不能将两个变量混在一起来考虑,即若区域关于x 轴对称,就要考虑)(x,y f 关于y 的奇偶性，若区域关于y 轴对称,就要考虑)(x,y f 关于x 的奇偶性,且容易看出对称性应用过程中被积函数一般比较复杂和抽象.4.对称性在三重积计算分中的应用定理3 设函数)(x,y,z f 在空间区域Ω上连续,且⎰⎰⎰Ω=I z y x x,y,z f d d d )(存在,记}0,)(|){(1≥Ω∈=Ωz x,y,z x,y,z }0,)(|){(2≥Ω∈=Ωx x,y,z x,y,z{}0)(|)(3≥Ω∈=Ωy x,y,z x,y,z ，（1）设Ω关于xoy 面对称,Ω∈∀)(x,y,z ,⎪⎩⎪⎨⎧=--=-=⎰⎰⎰⎰⎰⎰ΩΩ1)(),,(,d d d )(2)(),,(,0d d d )(x,y,z f z y x f z y x x,y,z f x,y,z f z y x f z y x x,y,z f（2）设Ω关于yoz 面对称,Ω∈∀)(x,y,z ,⎪⎩⎪⎨⎧=--=-=⎰⎰⎰⎰⎰⎰ΩΩ2)(),,(,d d d )(2)(),,(,0d d d )(x,y,z f z y x f z y x x,y,z f x,y,z f z y x f z y x x,y,z f （3）设Ω关于xoz 面对称,Ω∈∀)(x,y,z ，⎪⎩⎪⎨⎧=--=-=⎰⎰⎰⎰⎰⎰ΩΩ3)(),,(,d d d )(2)(),,(,0d d d )(x,y,z f z y x f z y x x,y,z f x,y,z f z y x f z y x x,y,z f （4）（变量可轮换性）若积分区域Ω关于z y x ,,具有轮换对称性,则[]⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰ΩΩΩΩ++===z y x z,x,y f y,z,x f x,y,z f zy x z,x,y f z y x y,z,x f z y x x,y,z f d d d )()()(31d d d )(d d d )(d d d )(4.1 计算z y x z y x z y x z d d d 1)1ln(222222⎰⎰⎰Ω++++++=I ,其中Ω是球体1222≤++z y x . 分析：被积函数是z 的奇函数,而积分区域Ω关于平面xoy 对称,故有,0d d d 1)1ln(222222=++++++=I ⎰⎰⎰Ωz y x z y x z y x z 4.2 计算z y x e xd d d ⎰⎰⎰Ω=I ,其中Ω是球体1222≤++z y x . 分析：被积函数是x 的偶函数,而积分区域Ω关于平面yoz 对称, 故z y x e z y x e xxd d d 2d d d 1⎰⎰⎰⎰⎰⎰ΩΩ==I ,其中1Ω是半球体：0,1222≥≤++x z y x . 从而 , z y x e z y x e xx d d d 2d d d 1⎰⎰⎰⎰⎰⎰ΩΩ==I⎰⎰⎰=xD 1d de d 2z y x x⎰=102d )z -1(e2x xππ2=4.3 计算z y x z y x d d d )(⎰⎰⎰Ω++=I ,其中Ω是球体)0,0,0(2222≥≥≥≤++z y x R z y x . 分析：由变量的轮换性可知,z y x z z y x y z y x x d d d d d d d d d ⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰ΩΩΩ==,设)0,0(:2222≥≥-≤+y x z R y x D Z .则有,z y x z d d d 3⎰⎰⎰Ω=I⎰⎰⎰=RD Zy x z z 0d d d 3 ( 4.3.1 )z z R Rd )(3022⎰-=π443R π= 此题容易在(4.3.1)式中将z 判断为奇函数,则积分为零,但是在条件0,0,0≥≥≥z y x 下,区域不是关于平面0=z 对称的,故有以上做法,这也充分说明了,区域的对称性和被积函数的奇偶性必须同时满足才能进行积分计算.4.4 计算z y x z y x d d d )532(222⎰⎰⎰Ω++=I ,其中Ω是球体)0(2222≥≤++R R z y x . 分析：由变量的轮换性可得,z y x z z y x y z y x x d d d d d d d d d 222⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰ΩΩΩ==,设)0,0(:2222≥≥-≤+y x z R y x D Z .则有,z y x z z y x y z y x x d d d 5d d d 3d d d 2222⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰ΩΩΩ++=Iz y x z d d d 102⎰⎰⎰Ω= ⎰⎰⎰=RD Zy x z z 02d d d 20⎰-=Rz z z 0222d )R (20π385R π=4.5 计算z y x z x d d d )(2⎰⎰⎰Ω+=I ,其中Ω是球体)0(,1222≥≤++z z y x . 分析：z y x xz z x d d d )2(22⎰⎰⎰Ω++=I （xz 2关于yoz 平面对称,又是关于x 的奇函数） z y x z x d d d )(22⎰⎰⎰Ω+=(根据Ω具有轮换性,z y x z z y x x d d d d d d 22⎰⎰⎰⎰⎰⎰ΩΩ=) z y x z d d d 22⎰⎰⎰Ω=（由于条件0≥z ,2z 关于xoy 面不对称,所以不能用其偶函数的性质） =⎰⎰⎰102d d d 2ZD y x zz⎰-=1022)d (12z z zπ154π=小结 4.3和4.5充分说明当且仅当积分区域的对称性与被积函数),,(z y x f 奇偶性同时具备才能使用定理3.5.对称性在第一类曲线积分计算中的应用第一型曲线积分的奇偶性与二重积分类似. 定理4 函数),(y x f 在曲线L 上连续,s y x f Ld ),(⎰=I 存在,记}{0,),(|),(1≥∈=y L y x y x L }{0,),(|),(2≥∈=x L y x y x L}{0,0,),(|),(3≥≥∈=y x L y x y x L }{y x L y x y x L ≥∈=,),(|),(4(1)设积分曲线L 关于x 轴对称,则⎪⎩⎪⎨⎧=--=-=⎰⎰),(),(,d ),(2),(),(,0d ),(1y x f y x f s y x f y x f y x f s y x f L L(2)设积分曲线L 关于y 轴对称,则⎪⎩⎪⎨⎧=--=-=⎰⎰),(),(,d ),(2),(),(,0d ),(2y x f y x f s y x f y x f y x f s y x f L L(3)设积分曲线L 关于原点对称,则⎪⎩⎪⎨⎧=---=--=⎰⎰),(),(,d ),(2),(),(,0d ),(3y x f y x f s y x f y x f y x f s y x f L L(4)设积分曲线L 关于x y =对称,则⎪⎩⎪⎨⎧=-==⎰⎰),(),(,d ),(2),(),(,0d ),(4y x f x y f s y x f y x f x y f s y x f L L(5)设积分曲线L 关于x 轴, y 轴均对称,则⎪⎩⎪⎨⎧=-=--=--=-=⎰⎰),(),(),().(,d ),(4),(),(),(),(,0d ),(3y x f y x f y x f y x f s y x f y x f y x f y x f y x f s y x f L L或者或者5.1[4] 计算s x Ld ⎰=I ,其中L 是双纽线:)()(22222y x y x -=+.分析：被积函数x 为偶函数,双纽线关于x 轴、y 轴均对称, 故s x s x L Ld 4d 1⎰⎰==I ,其中1L 是L 在第一象限的部分,将双纽线化为极坐标表示：θ2cos 2=r ,则1L ：40,2cos πθθ≤≤=r ,θθθd 2cos 1d 'd 22=+=r r s则 22d 2cos 1cos 2cos 4d 4401===I ⎰⎰πθθθθs x L5.2 计算⎰++=I s y x xy )d 23(22,设L 为椭圆13222=+y x ,其周长为a . 分析：由于L 关于x 轴(或y 轴)对称, 且xy 是关于y (或x )的奇函数, 故有, 0xyd =⎰s ,那么 , ⎰+=I s y x )d 23(22a s 66d ==⎰5.3 计算s z y x Ld )573(⎰++=I ,已知积分曲线L ：⎩⎨⎧=+=++1122y x z y x ,其周长为a . 分析：已知积分曲线L 中y x ,的位置对称,可得⎰⎰=LLs s x yd d ,所以, s z y x Ld )573(⎰++=Is z y x Ld )(5⎰++=a s L5d 5==⎰5.4 计算s x Ld 2⎰=I ,其中L 为圆周2222a z y x =++,0=++z y x .分析：由对称性知,s z s y s x LLLd d d 222⎰⎰⎰==.于是,s z y x s x LLd )(31d 2222⎰⎰++= ⎰=Ls a d 32 332a π= 5.5 计算s xy Ld ⎰=I ,其中L ：2y x =上从)1,1(A -到)1,1(B 的一段弧.分析：由于L 关于x 轴对称,被积函数xy 是关于y 的奇函数,所以, 0d ==I ⎰s xy L6.[10]对称性在第二类曲线积分计算中的应用定理15[10] 设L 为xoy 平面上关于x 轴对称的一条光滑曲线弧,其方程是一双值函数,设为)(),(b x a x y y ≤≤±=.记21,L L 分别为L 位于x 轴的上半部分和下半部分,21,L L 分别在x 轴上的投影方向相反,函数()y x f ,在L 上连续,那么⎪⎩⎪⎨⎧-=-=-=⎰⎰),(),(,d ),(2),(),(,0d ),(1y x f y x f x y x f y x f y x f x y x f L L同理:设L 为xoy 平面上关于y 轴对称的一条光滑曲线弧,其方程是一双值函数,设21,L L 为分别为L 位于y 轴的左半部分和右半部分,21,L L 分别在y 轴上的投影方向相反,函数),(y x f 在L 上连续,那么⎪⎩⎪⎨⎧-=-=-=⎰⎰),(),(,d ),(2),(),(,0d ),(1y x f y x f y y x f y x f y x f y y x f L L应用口诀：“反对偶零,反对奇倍”,其中“反”指21,L L 在x （或y ）轴上的投影方向相反；“对”指L 关于x （或y ）轴对称；“偶”指被积函数在L 上关于y （或x ）为偶函数；“零”指曲线积分的结果等于零.反对奇倍的含义类似解释.定理25[10] 设L 为xoy 平面上关于x 轴对称的一条光滑曲线弧,其方程是一双值函数,设21,L L 为分别为L 位于x 轴的上半部分和下半部分,21,L L 分别在y 轴上的投影方向相同,函数),(y x f 在L 上连续,那么⎪⎩⎪⎨⎧=--=-=⎰⎰),(),(,d ),(2),(),(,0d ),(1y x f y x f x y x f y x f y x f x y x f L L同理:设L 为xoy 平面上关于y 轴对称的一条光滑曲线弧,其方程是一双值函数,设21,L L 为分别为L 位于y 轴的右半部分和左半部分,21,L L 分别在x 轴上的投影方向相同,函数),(y x f 在L 上连续,那么⎪⎩⎪⎨⎧-=-=-=⎰⎰),(),(,d ),(2),(),(,0d ),(1y x f y x f y y x f y x f y x f y y x f L L应用口诀：“同对奇零 ,同对偶倍”,其中“同”指21,L L 在x 轴上的投影方向相同；“对”指L 关于y 轴对称；“奇”指被积函数在L 上关于x 为奇函数；“零”指曲线积分的结果等于零.同对偶倍的含义类似解释.6.1 计算x xy Ld ⎰=I ,其中L ：2y x =上从A(1,-1)到B(1,1)的一段弧.分析：满足“反对奇倍”,故有 , x xy Ld ⎰=Idx 21⎰=L xy⎰=1d 2x x x54=其中,x 从点0变化到点1.小结 6.1和 5.5很相似,它们唯一的区别在于积分式子x xy Ld ⎰=I ,s xy Ld ⎰=I 的不同,其根本原因是第二类曲线积分具有方向性.6.2 计算x y x Ld ⎰=I 其中L ：2y x =上从A(1,-1)到B(1,1)的一段弧.分析：满足“反对偶零”.故有0d ==I ⎰x xy L6.3 计算y y y x x y x Ld )sin (d )(222+-+=I ⎰,其中L ：)0(222>=+a a y x 按逆时针方向从)0,A(a ,)0,(B a -的上半圆周.分析：y y y x x xy x y x LL Ld )sin (d 2d )(222⎰⎰⎰+-++=I（三个积分分别适合“同对偶倍”、“同对奇零”、“反对偶零”） ⎰+=I 1d )(22L x y x⎰+=02d )(2a x y x32a -= 其中, x 从点a 变化到点0.6.4[4] 计算⎰++=I ABCDAy x yx d d ,其中ABCDA 是以A(1,0)、B(0,1)、C(-1,0)、D(0,-1)为顶点的正方形正向边界线.分析：⎰++=I ABCDA y x y x d d ⎰⎰+++=ABCDAABCDA y x yy x x d d 对于第一个积分,因为曲线关于x 轴对称,且在x 轴上的投影方向相反,被积函数yx +1是y 的偶函数,所以积分为零.对于第二个积分,因为曲线关于y 轴对称,且方y 轴上的投影方向相反,被积函数yx +1是x 的偶函数,所以积分为零.7.对称性在第一类曲面积分计算中的应用第一类曲面积分的奇偶性与三重积分相似. 定理6 设函数),,(z y x f 在曲面S 中连续,⎰⎰=I Ss z y x f d ),,(存在,记{}0,),,(|),,(1≥∈=z S z y x z y x S{}0,),,(|),,(2≥∈=x S z y x z y x S{}0,),,(|),,(3≥∈=y S z y x z y x S(1)设积分曲面关于xoy 面对称,S z y x ∈∀),,(,⎪⎩⎪⎨⎧=--=-=⎰⎰⎰⎰),,(),,(,d ),,(2),,(),,(,0d ),,(1z y x f z y x f s z y x f z y x f z y x f s z y x f S S(2)设积分曲面关于yoz 面对称,S z y x ∈∀),,(,⎪⎩⎪⎨⎧=--=-=⎰⎰⎰⎰),,(),,(,d ),,(2),,(),,(,0d ),,(2z y x f z y x f s z y x f z y x f z y x f s z y x f S S(3)设积分曲面关于xoz 面对称, S z y x ∈∀),,( ,⎪⎩⎪⎨⎧=--=-=⎰⎰⎰⎰),,(),,(,d ),,(2),,(),,(,0d ),,(3z y x f z y x f s z y x f z y x f z y x f s z y x f S S(4)(变量可轮换性)若积分曲面关于z y x ,,具有轮换对称性,则[]⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰++-===-SSSSs y x z f x z y f z y fx sy x fz s x z y f s z y fx d ),,(),,(,,31d ,,d ),,(d ,,7.1 计算⎰⎰=I Ss z d 2,其中S :2222R z y x=++.分析：由S 的轮换对称性知,⎰⎰⎰⎰⎰⎰==SSSs z s y s x d d d 222,故有,⎰⎰=I Ss z d 2⎰⎰++=Ss z y x )d (31222 ⎰⎰=Ss R d 312 434R π=7.2 计算⎰⎰++=I Ss z y x )d (,其中S 为球面2222a z y x =++上满足)0(a h h z <<≥的部分.分析：由S 的对称性知,0d d ==⎰⎰⎰⎰SSs y s x ,那么,⎰⎰++=I Ss z y x )d (⎰⎰=Ss z d⎰⎰++--=xyD y x s z z y x a d ''1222⎰⎰=xyD s a d)(22h a a -=π7.3 计算⎰⎰+=I Ss z y x )d 2(224,其中S 是闭曲面：2222=++z y x . 分析：由S 的轮换对称性知, ⎰⎰+=I Ss z y x )d 2(224 ⎰⎰+++++=Ss y x z z x y z y x]d )2()2()2([224224224⎰⎰++=Ss z y x d )(312222 ⎰⎰=Ss 4d 31ο332=7.4 计算⎰⎰=I Ss x d 2,其中S 为圆柱面：222a y x =+,介于平面0=z 和h z =之间的部分.分析：由于在S 中,x 与y 的地位是等价的,所以, ⎰⎰⎰⎰==I SSs y s x d d 22,于是, ⎰⎰⎰⎰+==I SSs y x s x )d (21d 222 ⎰⎰=Ss a d 212h a a ⋅⋅=π2212h a 3π=8. 对称性在第二类曲面积分计算中的应用定理7[10] 设∑为关于xoy 面对称的有向光滑曲面,其方程是一双值函数,设为xy D y x y x z z ∈±=),(),,(（其中xy D 为∑在xoy 平面上的投影）,记21,∑∑分别为位于xoy 平面的上半部分和下半部分,21,∑∑的侧关于xoy 平面相反,函数),,(z y x f 在∑上连续,那么⎪⎩⎪⎨⎧-=-=-=⎰⎰⎰⎰∑∑),,(),,(,d d ),,(2),,(),,(,0),,(1z y x f z y x f y x z y x f z y x f z y x f ds z y x f同理有：(1)设积分曲面关于xoz 面对称,∑∈∀),,(z y x ,⎪⎩⎪⎨⎧-=-=-=⎰⎰⎰⎰∑∑),,(),,(,d d ),,(2),,(),,(,0),,(1z y x f z y x f z x z y x f z y x f z y x f ds z y x f(2)设积分曲面关于yoz 面对称,∑∈∀),,(z y x ,⎪⎩⎪⎨⎧-=-=-=⎰⎰⎰⎰∑∑),,(),,(,d d ),,(2),,(),,(,0),,(1z y x f z y x f z y z y x f z y x f z y x f ds z y x f8.1 计算()⎰⎰∑++++=I 23222d d d d d d z y xyx z z x y z y x ,其中∑是球面：2222a z y x =++的外侧.分析：由∑的轮换对称性知,⎰⎰∑++=I y x z z x y z y x a d d d d d d 13⎰⎰∑=z y x a d d 33]d )d y -x -a (d d y -x -a [32222223⎰⎰⎰⎰--=xy xyD D y x y x a ⎰⎰=xyD y x a d d y -x -a 6222333326a a π⋅=π4=8.2 计算⎰⎰∑=I y x xyz d d ,其中∑是球面:1222=++z y x的外侧,位于0,0≥≥y x 的部分.分析：∑关于xoy 面对称,而xyz 是关于z 的奇函数,满足“反对奇倍”, 故有, ⎰⎰∑=I 1d d 2y x xyz⎰⎰=xyD y x xy d d y -x -1222 ⎰⎰=13320d r -1d sin r r πθθ152=其中1∑: 22y -x -1=z , }0,0,1|),{(),(22≥≥=+=∈y x y x y x D y x xy8.3[10] 计算y x z z x z y yz x d d 2d d )xz -y (d )d (22++-=I ⎰⎰∑,其中∑是锥面：221y x z +-=被平面0=z 所截得的部分,取上侧.分析：y x z z x z y yz xd d 2d d )xz -y (d )d (22++-=I ⎰⎰∑⎰⎰⎰⎰⎰⎰∑∑∑++-=y x z z x z y yz x d d 2d xz)d -(y d )d (22 ⎰⎰∑++=y x z d d 200⎰⎰+-=xyD y x y x d d )1(222 ⎰⎰-=120d )1(d 2r r r πθπ32=其中}1|),{(22≤+=y x y x D xy8.4[10] 计算⎰⎰∑++=I y x r z z x r y z y r x d d d d d d 333,其中222z y x r ++=, ∑是球面：)0(2222>=++a a z y x 的外侧.分析：根据∑的轮换对称性,可知, ⎰⎰∑=I z y zd d r33⎰⎰∑=1d d r63z y z(反对奇倍) ⎰⎰--=xyD y x a y x a d d 63222π4=8.5 设∑是球面：2222R z y x =++,在下面四组积分中,同一组的两个积分均为0的是：（C ）A . ⎰⎰∑=I s x d 2, ⎰⎰∑=I z y x d d 2B . ⎰⎰∑=I s x d , ⎰⎰∑=I z y x d dC . ⎰⎰∑=I s x d , ⎰⎰∑=I z y x d d 2D . ⎰⎰∑=I s xy d , ⎰⎰∑=I z y y d d分析：由于曲面∑关于yoz 平面对称,被积函数 xy x ,关于x 为奇函数,被积函数2x 关于x 为偶函数.故有, 第一型曲面积分 0d ==I ⎰⎰∑s x , 0d ==I ⎰⎰∑s xy ,⎰⎰⎰⎰∑∑++==I s z y x s x )d (31d 22224234d 31R s R π==⎰⎰∑第二型曲面积分 0d d 2==I ⎰⎰∑z y x0d d 2d d 222222>--==I ⎰⎰⎰⎰≤+∑R z y z y z y R z y x0d d 2d d 222222>--==I ⎰⎰⎰⎰≤+∑R x y z x z x R z y y8.6 [6] 设∑是球面：1222=++z y x 的上半部分,则下列错误的是：（B ）A . 0d d 2==I ⎰⎰∑z y x B . 0d d ==I ⎰⎰∑z y xC . 0d d 2==I ⎰⎰∑z y y D . 0d d ==I ⎰⎰∑z y y分析：由于曲面∑关于yoz 面对称,被积函数x 关于x 为奇函数,被积函数22,,y y x 关于x 为偶函数.0d d 2==I ⎰⎰∑z y x ,0d d ==I ⎰⎰∑z y y ,0d d 2==I ⎰⎰∑z y y0d d 2d d 222222>--==I ⎰⎰⎰⎰≤+∑R z y z y z y R z y x9.总结（1）对称的对象：积分区间对称,积分区域对称.（2）关于对称性,除关于原点和x y =对称外,都遵循关于谁对称谁不变的原则. （3）变量的轮换性是指对称的对象∑由0),,(≤z y x f 表示,若将z y x ,,的位置变换后,0),,(≤z y x f 仍然表示∑.在其他书籍和相关资料中提及的y x ,具有相同的地位,y x ,具有循环性都是这里所指的轮换性.（4）当且仅当积分区域对称性与被积函数),(y x f 奇偶性同时具备才能使用本文中提及的定理.（5）),(y x f 关于y x ,的奇偶性,只能分别对一个变量来考虑,而不能将两个变量混在一起来考虑.若关于x 轴对称,就要考虑关于y 的奇偶性,若关于y 轴对称,就要考虑关于x 的奇偶性. 若关于xoy 面对称,就要考虑被积函数关于z 的奇偶性依次类推.（6）第二类曲线积分和第二类曲面积分如果关于对称对象方向相反,那么它们的积分结论刚好与第一类曲线积分和第一类曲面积分结论相反.根据以上总结,对称性的问题便能很好的被应用,使数学积分的计算过程得到简化.参考文献：[1] 明清河著.数学分析的思想与方法[M].济南：山东大学出版社,2004.7（2006.9重印） [2] 殷锡鸣等编著.高等数学（下册）[M].上海：华东理工大学出版社,2005.2(2007.6重印)[3] 吴良森等编著.数学分析学习指导书（下册）[M].北京：高等教育出版社,2004.8[4] 费定辉,周学圣编演.吉米多维奇数学分析习题集题解（第三版）[M].济南：山东科学技术出版社,2005.1（2005.3重印）[5] 顾庆凤.关于重积分、曲线积分、曲面积分的对称性定理的应用[J].中国教育研究论丛,2006[6] 苏海军.对称性在定积分中的应用[J].四川文理学院学报（自然科学）,2007.9,17(5)[7] 赵云梅,李薇. 对称性在积分中的妙用[J].红河学院学报,2005.6,3(3)[8] 常浩.对称性在积分学中的应用[J].高等数学研究,2011.3,14(2)[9] 于宁丽,王静.利用对称性计算两类区面积分时的差异问题[J].专题研究,2009.7[10] 刘福贵,鲁凯生.利用对称性计算第二类曲线积分与曲面积分的方法[J].武汉理工大学学报,2006,30（6）：1069-1072[11] 西北工业大学高等数学教研室编.高等数学学习辅导：问题、解法、常见错误剖析[M].北京：科学出版社,2007[12] 魏平等编著.高等数学复习指导[M].西安：西安交通大学出版社,1999.11[13] 华罗庚著.高等数学引论[M].沈阳：科学出版社.2003[14] 朱学炎等编著.数学分析[M].北京：高等教育出版社,2007.4[15] 裴礼文.数学分析中的典型问题与方法[M].高等教育出版社,2006.4[16]邹本腾等编著.高等数学辅导[M].北京：科学技术文献出版社，1999.6数学系数学与应用数学2009级本科毕业论文Application of symmetry in the integral calculation Abstract The s ymmetry is one of the important methods to solve mathematical problems. In integral calculus, it can make the integral calculation process simplified to make full use of symmetry of integral region and the parity of integrand. This paper illustrates the application of symmetry in definite integral, multiple integrals, curve integrals, and surface integrals in the calculation through summary theorem and its nature and with the aid of examples.Key words definite integral multiple integrals curve integrals surface integrals第21页共22页。

对称性在积分计算中的应用

引言对称性是在生产、科学研究和日常生活中常会遇到的一类特殊的数学问题，它涉及到初高等数学知识的各个方面，解决这类问题往往需要综合运用各种技巧，灵活选用合理的解题途径和方法。

解决积分问题的方法多种多样，若仅限定于初等数学方法，解题往往需要较强的技巧，因此高等数学又从对称性的角度找到了便利，它是讨论积分问题的有力武器。

对称性的作用在许多工程，经济等方面也非同小可。

因此无论从考试角度及能力方面都需要对对称性进行系统的总结。

1 对称性在积分计算中的应用1.1 对称性在计算区间[],a a -上的定积分的应用性质1 对于对称区间[],a a -上的定积分，有：0()()2()()aaaf x x f x dx f x dx f x x -⎧⎪=⎨⎪⎩⎰⎰如果关于变量为奇函数如果关于变量为偶函数证明：①设()f x 为奇函数，则()f x =()f x --，故：()()()aa aaf x dx f x dx f x dx --=+⎰⎰⎰在第二个式子中令x t =-，则(1)dx dt =-，所以：原式0()(1)()aaf t dt f x dx -=--+⎰⎰()()a af t dt f x dx =-+⎰⎰0=②如果()f x 为偶函数，证明方法类似于①。

例1.1 已知()f x =36x x +为定义于闭区间[]1,1-上的函数。

求：11()f x dx -⎰。

解：因为3()6f x x x =+为定义于定义域上的奇函数，故由上面的性质可得：11()0f x dx -=⎰例1.2 设2242sin cos 1x x M dx xππ-=+⎰，2234(sin cos )N x x dx ππ-=+⎰，22234(sin cos )P x x x dx ππ-=-⎰。

则有______()A N P M << ()B M P N << ()C N M P << ()D P M N <<解：在M 中，因为被积分函数42sin cos 1x x x +是奇函数且积分区域为,22ππ⎡⎤-⎢⎥⎣⎦，因此 0M =。

专题十三关于对称性在积分中的

专题十三关于对称性在积分中的应用宇宙中的许多事物都具有某种对称性, 从基本粒子、分子的结构, 到晶体以及蛋白体的空间点阵排列; 从雪花、树叶的形态, 到动物躯体以至天体的外观; 从简单机械运动、天体运动, 到放射性原子的衰变以至电磁波的辐射, 无不显示出优美和谐的对称。

自然界绚丽多彩的对称性, 为数学研究提供了一种独特的方法, 即对称方法。

科学家利用这一锐利武器, 揭示和发现了很多自然界的奥秘, 其中最典型的例子有麦克斯韦(Maxwell)方程、笛沙格(Desargues)定理和伽罗瓦(Galois)群等。

它被著名科学家狄拉克(Dirac)称为“自然科学时代新方法的精华”。

对称的概念在数学领域中也有广泛而重要的应用。

对于一元函数而言对称通常表现为奇、偶函数 ,其图象关于原点、y 轴对称等。

在求解高等数学的某些问题时 ,利用对称性往往能简化解题过程。

数学中的对称性主要指在某种变换下保持不变的性质, 亦指数学概念、公式、命题结构的形式具有对称性。

数学上的许多问题可以利用对称性来解决。

数学对称法是一种探索性的发现方法, 它与其它方法的不同之处主要体现在其创造性功能。

因此掌握和运用对称法, 对于活跃开拓学生的创造性思维, 提高判断解题能力, 探讨解题方法是十分有益的。

积分的计算是高等数学教学的难点，在积分计算时，许多问题用“正规”的方法解决，经常把计算复杂化而增加了计算的难度。

在积分的计算中充分利用积分区域的对称性及被积函数的奇偶性，往往能使计算简捷，达到事半功倍的效果。

问题1：对称性在积分中的应用主要体现在哪些方面？答：对称性在积分中的应用非常广泛，不仅在定积分，二重积分，还在线、面积分上也有应用。

问题2：什么样的定积分，可以应用对称性求解？有些什么样的结论？如何应用？答：定积分是积分学的基本内容, 定积分的计算方法很重要且多种多样, 有的方法不对，计算更繁琐，若能恰当应用对称性，即可简化定积分的计算。

对称性在高等数学积分计算中的应用

对称性在积分中应用

对称性在积分计算中的应用

对称性在积分运算中的应用

对称性在积分计算中应用修订版

对称性在定积分计算中的应用

对称性在积分计算中的应用【文献综述】

对称性在积分计算中的应用探讨

对称性在积分计算中的应用研究【开题报告】

对称性在积分计算中的应用

对称性在定积分及二重积分计算中的应用

对称性在积分计算中应用

对称性在积分计算中应用研究

浅谈对称性和奇偶性在积分学中的应用

对称性在积分中的应用

对称性和奇偶性在积分中的应用

对称性在积分教学中的一些应用

对称性在积分计算中的应用

对称性在积分计算中的应用

专题十三 关于对称性在积分中的

专题十三关于对称性在积分中的