二重积分的概念与性质
二重积分基础数学资料
用若干个小平 顶柱体体积之 和近似曲顶柱 体的体积，
曲顶柱体的体积
先分割曲顶柱体的底，
积分区域
积分和
被积函数
积分变量
被积表达式
面积元素
2、二重积分的概念
性质１
性质２
（——与定积分有类似的性质）
3、二重积分的性质
性质３
性质４
4、二重积分的几何意义
例 求
，其中区域
为由直线
所围区域。
答案：2
区域的特征，其次需要考虑被积函数
的特点，在积分区域中为二次积分即两个定积分来计算。
例 计算二重积分
其中
区域
一、在直角坐标系下计算
1、积分区域为矩形域
例 计算二重积分
其中
答案：
二重积分的计算 (D是矩形区域)
y
0
x
z
y
a
b
c
d
D
D是矩形区域 [a,b ; c,d]
输出：ans= 3
所围成的区域。
例
解：
X-型
例 计算二重积分
是由直线
所围成的
闭区域。
答案：
例 计算 其中D是由直线
解法1 把D看成X型域,则
y=1, x=2 及 y=x 所围区域.
解法2 把D看成Y型域，则
要将按X型域确定的积分限改为按Y型域确定积分限.为此，应根据定限的方法先将题中所给的积分限还原成平面区域D，然后再按Y型域重新确立积分限，得到二次积分.
第一节 二重积分的概念和性质
1、问题的提出 2、二重积分的概念 3、二重积分的性质 4、二重积分的几何意义
第七章 二重积分
柱体体积=底面积×
二重积分的概念及性质
积分对变量的可加性
定义
如果f(x,y)在平面上是可积的，那么对于任 意的a和b，有 ∫∫Df(x,y)dσ=∫a→bf(x,y)dσ+∫∫Df(x,y)dσ， 其中D是包含在区间[a,b]内的可积区域。
应用
该性质可以用于计算二重积分，特别是当被 积函数与某个变量的关系较为简单时。
04 二重积分的物理应用
个小弧段进行积分，然后将结果相加得到总长度。
平面曲线的曲率与挠率
曲率
曲率是描述曲线弯曲程度的量，可以 通过二重积分计算出曲线的曲率。
挠率
挠率是描述曲线在垂直方向上的弯曲 程度的量，也可以通过二重积分计算 出曲线的挠率。
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积分区域的可加性
定义
如果D1和D2是平面上互不相交的可积区域，则它们分别上的二重积分之和等于它们并集上的二重积分。 即，如果D=D1∪D2，则∫∫Df(x,y)dσ=∫∫D1f(x,y)dσ+∫∫D2f(x,y)dσ。
应用
该性质可以用于简化复杂的积分区域，将复杂区域分解为简单区域进行计算。
积分对区域的可加性
转换坐标
将被积函数从直角坐标转换为极坐标形式，即$x = rhocostheta$，$y = rhosintheta$。
分层积分
将极坐标下的二重积分拆分成两个累次积分，即先对角度积分再对极径积分。
逐个计算
对每个角度范围，计算其在极径上的积分值，并求和。
得出结果
将所有角度范围的积分结果相加，得到整个极坐标区域上的二重积分值。
二重积分的概念及性质
目录
• 二重积分的定义 • 二重积分的计算方法 • 二重积分的性质和定理 • 二重积分的物理应用 • 二重积分的数学应用
二重积分的概念与性质
2.二重积分的概念
定义 设函数 f (x, y) 是有界闭区域 D上的有界函数，
用任意一组曲线网分割D成
n
个小区域
Δσ1
,
Δσ
2
,,
Δσ
，
n
Δσi 既表示第i小块, 也表示第i 任取一点 (ξi , ηi ) Δσi , 作和式
小区域的面积.
n
f (ξi , ηi )Δσ
i
在
.
Δσ
i
上
记
D
D
(2) (数乘性) kf (x, y)dσ k f (x, y)d
D
(k为常数).
D
D
(3) (区域可加性) f ( x, y)dσ f (x, y)dσ f (x, y)dσ.
D1 D2
D1
D2
(4) (单调性) 若在D上处处有f (x,y)≤g(x,y)， 则有
思考题解答
定积分与二重积分都表示某个和式的极限 值，且此值只与被积函数及积分区域有关．不 同的是定积分的积分区域为区间，被积函数为 定义在区间上的一元函数，而二重积分的积分 区域为平面区域，被积函数为定义在平面区域 上的二元函数．
练习题
一、 填空题: 1. 当函数 f ( x, y)在闭区域 D 上______________时, 则其在 D 上的二重积分必定存在 .
y y0 )2 2
,
其中f ( x, y)为连续函数.
Solution.
原式
lim
ρ0
1 πρ
2
f (ξ, η) πρ2（积分中值定理）
lim f ( ,)
0
lim f ( ,)
二重积分知识点
二重积分知识点一、引言二重积分是高等数学中的重要内容，是对二元函数在有限区域上的积分运算。
二重积分的概念与求解技巧是深入理解、掌握多元函数的必备工具，也为解决实际问题提供了数学方法。
本文将从二重积分的概念、性质、计算方法和应用等方面，全面详细地介绍二重积分的知识点。
二、概念1. 二重积分的定义设f (x,y )在闭区域D 上有定义，D 由有向闭曲线C 围成，且f (x,y )在D 上有界。
若存在数I ，对于任意给定的正数ε，都存在正数δ，使得对于D 内任意满足Δσ<δ的任意分割σ，对应的任意代点ξij ，总有|∑∑f mj=1n i=1(ξij )Δσij −I|<ε则称I 为函数f (x,y )在闭区域D 上的二重积分，记作I =∬f D(x,y )dσ其中，Δσij 表示第(i,j )个小区域的面积，Δσ表示整个区域D 的面积。
2. 二重积分的几何意义二重积分的几何意义是对二元函数在闭区域上的面积进行逐点求和，即将闭区域D 分割成无穷多个小面积区域，并对每个小面积区域上的函数值进行乘积再求和，最终得到二重积分。
三、性质1. 线性性质设闭区域D上有二重积分∬fD(x,y)dσ，若c为常数，则有∬(cf(x,y)) D dσ=c∬fD(x,y)dσ∬(f(x,y)±g(x,y)) D dσ=∬fD(x,y)dσ±∬gD(x,y)dσ2. 区域可加性设闭区域D可分为非重叠的两部分D1和D2，则有∬fD (x,y)dσ=∬fD1(x,y)dσ+∬fD2(x,y)dσ3. Fubini定理（累次积分）设函数f(x,y)在闭区域D上连续，则有∬f D (x,y)dσ=∫(∫fβ(x)α(x)(x,y)dy)badx=∫(∫fδ(y)γ(y)(x,y)dx)dcdy其中，(x,y)∈D,α(x)≤y≤β(x),γ(y)≤x≤δ(y)。
4. 值定理设函数f(x,y)在闭区域D上一致连续，则存在(ξ,η)∈D，使得∬fD (x,y)dσ=f(ξ,η)∬dDσ=f(ξ,η)σ(D)其中，σ(D)表示闭区域D的面积。
二重积分的概念与性质
(2)二重积分与被积函数和积分区域有关，与积分变量 的表示无关。即
f x, ydxdy f u,vdudv
D
D
(3)二重积分的几何意义：若f(x, y)0,二重积分表示以 f(x, y)为曲顶，以Байду номын сангаас为底的曲顶柱体的体积；若f(x, y)0,二 重积分表示曲顶柱体的体积的负值；当f(x, y)有正、有负时， 二重积分就等于这些区域上柱体体积的代数和。
存在，则称此极限为函数f(x, y)在区域D上的二重积分，记作
f x, yd ，即
D
n
D
f x, yd
lim 0 i1
f
i ,i k
关于二重积分的几点说明: (1)当f(x, y)在闭区域D上连续时， f(x, y) 在D上的二重积 分必定存在。以后总假定f(x, y)在D上连续。
高等数学
二重积分的概念与性质
一、二重积分的定义
定义 设f(x, y)是有界闭区域D上的有界函数．将D任意分成 n个小区域Δσ1，Δσ2，…，Δσn，小区域Δσi的面积仍记为
n
Δσi．在Δσi内任取一点(ξi, ηi)，作和式 f (i ，i )i 。 i 1
如果当各小区域中的最大直径λ趋于零时，若此和式的极限
f x, yd f x, yd f x, yd
D
D1
D2
性质4 若在D上，f(x, y)=1，σ为区域D的面积，则
1d = d
D
D
性质5 若在D上，f(x, y) σ(x, y)，则有不等式
f x, yd x, yd
D
D
特殊地,由于-|f(x, y)| f(x, y) |-f(x, y)| ， 又有
二、二重积分的性质
高等数学：第一讲 二重积分的定义与性质
o
x
D
•
y
(i ,i )
则称 f ( x, y) 可积 , 称 I 为 f ( x, y) 在D上的二重积分.
i
积分和
二重积分的定义
被积函数 积分区域
积分表达式
x , y 称为积分变量
面积元素
二重积分的定义
注1： 若用平行坐标轴的直线来划分区域 D ，则有 y
因此，面积元素 常记作 d x d y, 二重积分记作
D f ( x, y)dxd y.
O
注2： 对比曲顶柱体体积的求法和二重积分的定义可知
V D f ( x, y)d D f ( x, y)d x d y
D i
x
二、二重积分的性质
性质1
k f (x, y)d k f (x, y) d ( k 为常数)．
D
D
性质2
[ f (x, y) g(x, y)]d
例1
利用二重积分的性质，比较下列二重积分的大小：
I1 x y2 d x d y, I2 x y3 d x d y
D
D
其中D是由 x 轴，y 轴以及直线 x y 1 围成，
则 I1 _____ I2 . y 1 x y 1
D
O
1x
二重积分的保号性
0 x y1
( x y)2 ( x y)3
二重积分的 定义与性质
一、二重积分的定义
定义: z f ( x, y)是定义在有界闭区域 D上的有界函数 ，将区域 D 任意
z
分成 n 个小闭区域
f (i ,i ) •
z f (x, y)
任取一点 (i ,i ) i
记
ห้องสมุดไป่ตู้
二重积分的概念与性质
在D上f (x, y)的最大值 M1 (xy0) 4
f(x ,y )的 最 小 值 m 1 1 (x1 ,y2) 3242 5
故2I 2 0 .4 I 0 .5 . 54
例. 估计下列积分之值
ID 1 0cd 0 x 2 o d xy s c2 o ysD :xy y10
解: D 的面积为 (102)2200
将薄片分割成若干小块， y 取典型小块，将其近似
•
(i,i )
看作均匀薄片， 所有小块质量之和 近似等于薄片总质量
i
o
n
x
Ml i0m i1(i,i)i.
二、二重积分的概念
定义 设 f ( x, y)是有界闭区域 D上的有界函数，
将 闭 区 域 D 任 意 分 成 n 个 小 闭 区 域 1 ，
思考与练习
1. 比较下列积分值的大小关系:
I1 xy dxdy I2 xy dxdy
x2y21
11
xy1
y
I3 xy dxdy
11
1
解: I1,I2,I3被积函数相同, 且非负,
由它们的积分域范围可知
o 1x
I2I1I3
2. 设D 是第二象限的一个有界闭域 , 且 0 < y <1, 则
二重积分的概念与性质
第一节
第十章
二重积分的概念与性质
一、引例 二、二重积分的定义与可积性 三、二重积分的性质 四、曲顶柱体体积的计算
一、问题的提出
１．曲顶柱体的体积 柱体体积=底面积×高 特点：平顶.
zf(x,y)
D
柱体体积=？ 特点：曲顶.
求曲顶柱体的体积采用 “分割、求和 、取极限”的方法，如下动画演示．
二重积分的概念与性质
第九章 重积分Chapter 9 Multiple Integrals9.1 二重积分的概念与性质 (The Concept of Double Integrals and Its Properties) 一、二重积分的概念 (Double Integrals)定义 ( 二重积分的定义 ) 设 D 是xy 平面的有界闭区域 ,f 是定义在 D 上的函数。
将 D 任意分成 n 个小区域i σ,它们的面 积用(1,2,)i i n σ∆= 表示。
在每个(1,2,)i i n σ=上任取一点(,)i i ξη，并作和1(,)ni i i i f ξησ=∆∑。
假设存在一个确定的数I 满足：任给0ε>，存在0δ>，使得当各小区域i σ的直径中的最大值λ小于δ时，就有 1(,)ni i i i f I ξησε=∆-<∑ 不管区域D 的分法如何，(,)i i ξη的取法如何。
这样就称f 在D 上可积，I 称为f 在D上的二重积分，记作(,)Df x y d I σ=⎰⎰或01(,)lim (,)λσξησ→==∆∑⎰⎰ni i i i Df x y d fDefinition (The Double Integral) Let D be a bounded closed region in the 巧1 plane and f a function defined on D. Partition D arbitrarily into ｎsubregionsi σ，whose area is denoted by (1,2,)i i n σ∆= Choose arbitrarily a point (,)i i ξηin (1,2,)i i n σ= and then form the sum 1(,)ni i i i f ξησ=∆∑。
Supposethat there exists a fixed number I such that for any 0ε>, there exists a0δ>such that if the length λ of the longest diameter of those subregionsi σ in a partition of D is less than δ, then 1(,)ni i i i f I ξησε=∆-<∑，no matter how the partition is and how those points (,)i i ξηare chosen from (1,2,)i i n σ= Then f is said to be integrable over Dand I is the double integral of f over D ,written (,)Df x y d I σ=⎰⎰,or1(,)lim (,)λσξησ→==∆∑⎰⎰ni i i i Df x y d f 二、二重积分的性质 (Properties of Double Integrals)性质 1 两个函数和 ( 或差 ) 的二重积分等于它们二重积分的和 ( 或差 ), 即((,)(,))(,)(,)DDDf x yg x y d f x y d g x y d σσσ±=±⎰⎰⎰⎰⎰⎰.Property 1 The double integral of the sum(or difference) of two functions is equal to the sum( or difference) of their double integrals, that is((,)(,))(,)(,)D D D f x y g x y d f x y d g x y d σσσ±=±⎰⎰⎰⎰⎰⎰性质 2 被积函数前面的常数因子可以提到积分号前面 , 即 (,)(,)D D kf x y d k f x y d σσ=⎰⎰⎰⎰,若k 为常数。
二重积分的概念和性质
f (x, y)dxdy 即
R
f (x, y)d f (x, y)dxdy
R
R
⑵根据二重积分的定义，曲顶柱体的体积是：
V f (x, y)d
R
⑶函数 f (x, y) 在闭区域 R 上连续，则 f (x, y) 在 R 上
的二重积分必定存在.
⑷二重积分仅与积分区域R 和 f (x, y) 有关，而与对 区域 R 的分法和(i ,i ) 的取法无关.
平顶柱 体的体积
=底面积（区域 D的面积）×高（ z f (x, y) 为常数）
请回忆在微积分上册解决曲边梯形面积的思想分析方法
z
z
x
D
y
x
i
D
y
(i ,i )
曲顶柱体体积 V ：
⑴分割：D 1 2 n
V V1 V2 Vn
i 为 Vi 的窄条曲顶柱体的底，d i 为 i 的直径
R
R {(x, y) 0 x 2,0 y 4}
解：⑴在区域R上有：0 xy 2 （此处严格的找法
应该按照二元函数在有界闭区域上最值的找法 去做），根据积分性质
0 SR 2xyd 4 SR
R
而 SR 2 ，所以：
0 xyd 8
R
⑵的解法同⑴
例3：试将下列区域 R 用 x, y 的不等式组形式表示 出来，并写成集合形式
⑴
y 2x yx
R
R (x, y) 0 x 2, x y 2x
⑵
y x2 / 4 1
y 2x
R
6
2
2
x2
R
第十章二重积分
d
d c
x2 ( y) x1 ( y )
f ( x, y )dx dy f ( x, y )dx.
d x2 ( y) dy x ( y ) c 1
(4)
即化成先对变元x积分，后对变元y积分的二次积分.
x2 ( y ) 先对x积分时，x ( y ) 1
f ( x, y )dx中的y应视为常量，
D
为该曲顶柱体的体积.
(3)若f(x,y)在D的某些子区域上为正的，在D的另一些
子区域上为负的，则 f ( x, y )d 表示在这些子区域
D
上曲顶柱体体积的代数和(即在Oxy平面之上的曲顶
柱体体积减去Oxy平面之下的曲顶柱体的体积).
二重积分的存在定理
若f(x,y)在有界闭区域D上连
续，则f(x,y)在D上的二重积分必存在(即f(x,y)在D上必 可积).
二重积分 f ( x, y )d 的几何意义： (1) 若在D上f(x,y)≥0，则 f ( x, y )d 表示以区域D为底，
以f(x,y)为曲顶的曲顶柱体的体积. (2) 若在D上f(x,y)≤0，则上述曲顶柱体在Oxy面的下
D D
方，二重积分 f ( x, y )d 的值是负的，其绝对值
性质1有限个可积函数的代数和必定可积且函数代数和的积分等于各函数积分的代数和即性质2被积函数中的常数因子可以提到积分号前面性质3若d可以分为两个区域d它们除边界外无公共点则性质4若在积分区域d上有fxy1且用sd表示区域d的面积则性质5若在d上处处有fxygxy则有性质7二重积分中值定理设fxy在有界闭区域d上连续则在d上存在一点成立
f ( x, y )dy 时，应将x视为常
二重积分变换次序
二重积分变换次序（原创实用版）目录一、二重积分的概念与性质二、二重积分的积分次序三、交换积分次序的依据四、实际应用案例正文一、二重积分的概念与性质二重积分是多元函数积分中的一种，它是对一个函数在空间中曲面上的取值进行积分。
假设函数 f(x,y) 在区域 D 上有界，D 的边界是由曲线 C1 和 C2 围成的，那么我们可以对 f(x,y) 在 D 上进行二重积分。
二重积分的定义为：∫∫_D f(x,y) dxdy根据积分区域的不同，二重积分可以分为两类：第一类是区域 D 由两个相交的曲线围成；第二类是区域 D 由两个平行的曲线围成。
二重积分具有以下性质：1.线性性质：如果 F(x,y) 是由两个函数相加或相乘得到，那么对F(x,y) 进行二重积分，结果等于各个函数二重积分的线性组合。
2.保号性：如果 f(x,y) 在区域 D 上非负，那么∫∫_D f(x,y) dxdy ≥ 0。
二、二重积分的积分次序在计算二重积分时，我们需要按照一定的次序进行积分。
通常的做法是先对 x 进行积分，再对 y 进行积分，即：∫∫_D f(x,y) dxdy = ∫[∫_C f(x,y) dy] dx这里，我们首先对曲线 C1 上的 y 进行积分，然后再对曲线 C2 上的 x 进行积分。
三、交换积分次序的依据在实际计算过程中，我们可以根据需要交换积分次序。
依据是积分的可交换性，即：∫∫_D f(x,y) dxdy = ∫[∫_C f(x,y) dy] dx = ∫[∫_C f(y,x) dx] dy这里，我们对 x 和 y 的积分次序进行了交换。
交换积分次序可以简化计算过程，但需要保证积分区域和被积函数的连续性。
四、实际应用案例二重积分在实际问题中有广泛应用，例如求解几何体的表面积、物体的重心、质心等。
例如，求解一个圆柱体的表面积，我们可以通过计算其侧面积和两个底面积的和得到。
圆柱体的侧面积计算公式为：∫∫_D y dxdy，其中 D 为 [0,2π]×[0,h]。
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λ0 λ0 i 1 n
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2. 二重积分的定义
定义 设二元函数f(x,y)在有界闭区域D上有界，将D任 意划分成n个小区域 1 , 2 , n , 并以 i 和 d i 分别表示第i个小区域的面积和直径，记 在每个小区域 i 上任取一点 ( xi , yi ) （i=1,2,…，n）， 作乘积 f ( xi , yi ) i (i=1,2,…，n)，并作和．如果极限
第8章
§8.1
二重积分
二重积分的概念与性质
§8.2
§8.3 §8.4
直角坐标系中二重积分的计算
极坐标系中二重积分的计算 无界区域上简单反常二重积分的计算
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§8.1 二重积分的概念与性质
一. 二重积分的概念
1. 引例：求曲顶柱体的体积 设有一立体，它的底是xOy平面上的有界闭区域D，它 的侧面是以D的边界曲线为准线而母线平行于z轴的柱 面，它的顶是曲面z=f(x,y),这里假设f(x,y)≥０，且f(x,y) 在D上连续，如下图所示.现在我们来讨论:如何求这个 曲顶柱体的体积?
f (x , y )dσ g (x , y )dσ
D D
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特别有
f (x , y )dσ f (x , y )dσ
D D
性质5 设M,m是函数f(x,y)在闭区域D上的最大值与最 小值，σ是D的面积，则 m σ ≤ f (x , y )dσ ≤ M σ．
max{d1, d2 ,dn}
当分割很细密，即λ→０时，由于z=f(x,y)是连续变化的， i 在每个小区域 上，各点高度变化不大，可以近似看 i (i ，把这点的 ,i ) 作平顶柱体．并在 中任意取一点 f ( 高度 作为这个小平顶柱体的高度， i ,i )
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D
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表示以曲面z=f(x,y)为顶、以D为底的被xOy面分成的 上方和下方的曲顶柱体体积的代数和．这就是二重积 分的几何意义．
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二. 二重积分的性质 性质1
D
若α，β为常数，则
D D
αf (x , y ) βg (x , y ) dσ α f (x , y )dσ β g (x , y )dσ
D λ0 i 1
n
i
, y i )Δ σi
其中f(x,y)叫做被积函数，x,y称为积分变量，f(x,y)dσ 称为被积表达式， dσ称为面积元素，D称为积分区 n 域．而 f (x i , y i )Δ σi 称为积分和． 注：(1) 这里积分和的极限存在与区域D分成小区域 i 的分法和点( xi , yi ) 的取法无关． 当f(x,y)在区域D上可积时，常采用特殊的分割方式和 取特殊的点来计算二重积分．在直角坐标系中，常用 分别平行于x轴和y轴的两组直线来分割积分区域D，这 样小区域 i 都是小矩形．这时小区域的面积 i＝xi · yi，
lim f (x i , y i )Δ σi
λ0 i 1 n
max{d1, d2 ,dn}
存在，则称此极限为函数f(x,y)在闭区域D上的二重积 分，记作 f (x , y )dσi ,即
D
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f (x , y )dσ lim f (x
性质2 若积分区域D由D1，D2组成(其中D1与D2除 边界外无公共点)，则
f (x , y )dσ f (x , y )dσ f (x , y )dσ
D D1 D2
性质3 性质4
若区域D的面积为σ,则 dxdy . D 如果在区域D上总有f(x,y)≤g(x,y)，则
D
性质6(二重积分的中值定理) 设f(x,y)在有界闭区域 D上连续，σ是D的面积，则在D内至少存在一点(ξ， η)，使得
f ( x, y)d f ( , )
D
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则第i个小曲顶柱体的体积的近似值为
Vi （ f i，i） i .
将n个小平顶柱体的体积相加，得曲顶柱体体积的近 似值 n n
V V n ΔV i f ( ξi , ηi )Δ σi
i 1 i 1
当分割越来越细，小区域 i 的直径越来越小，并逐渐 收缩成接近一点时，Vn就越来越接近V．若令λ→０， 对Vn取极限，该极限值就是曲顶柱体的体积V，即
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i 1
因此面积元素为dσ=dxdy，在直 角坐标系下
f (x , y )dσ f (x , y )dx dy
D D
(2) 可以证明，若f(x,y)在有界闭 区域D上连续，则二重积分 f (x , y )dσ 一定存在．
D
(3) 当f(x,y)≥0且连续时，二重积分 f (x , y )dσ 在数值上 D 等于以区域D为底、以曲面z=f(x,y)为顶的曲顶柱体的 体积；当f(x,y)≤0时，二重积分 f ( x, y)d 表示该柱体 D 体积的相反数；当f(x,y)有正有负时，二重积分 f ( x, y)d
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退 出
我们知道平顶柱体的高是不变的，它的体积可用公式 体积=底面积×高
目录上一页 下一页源自退 出先将区域D分割成n个小区域： 1 , 2 , n , 同 时也用 i (i=1,2,…，n）表示第i个小区域的面积．以 每个小区域的边界线为准线，作母线平行于z轴的柱面， 这样就把给定的曲顶柱体分割成了n个小曲顶柱体．用 di 表示第i个小区域内任意两点之间的距离的最大值 (也称 为第i个小区域的直径)(i=1,2,…，n),并记