重积分积分区域的对称性

重积分积分区域的对称

性

公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-

情形一：积分区域D 关于坐标轴对称

定理4 设二元函数(,)f x y 在平面区域D 连续，且D 关于x 轴对称，则 1)当(,)(,)f x y f x y -=-（即(,)f x y 是关于y 的奇函数）时，有 (,)0D

f x y dxdy =⎰⎰ .

2)当(,)(,)f x y f x y -=（即(,)f x y 是关于y 的偶函数）时，有

1

(,)2(,)D

D f x y dxdy f x y dxdy =⎰⎰

⎰⎰ .

其中1D 是由x 轴分割D 所得到的一半区域。

例5 计算3()D

I xy y dxdy =+⎰⎰，其中D 为由22y x =与2x =围成的区域。

解：如图所示，积分区域D 关于x 轴对称，

且3(,)()(,)f x y xy y f x y -=-+=- 有

即(,)f x y 是关于y 的奇函数，由定理1

3()0D

f xy y dxdy +=⎰⎰

.

类似地，有：

定理5 设二元函数(,)f x y 在平面区域D 连续，且D 关于y 轴对称，则 其中2D 是由y 轴分割D 所得到的一半区域。

例6 计算2,D

I x ydxdy =⎰⎰其中D 为由

22;-220y x y x y =+=+=及所围。

解：如图所示，D 关于y 轴对称，并且

2(,)(,)f x y x y f x y -==，即被积分函数是关于x 轴

的偶函数，由对称性定理结论有：

1

1

22

22200

22215

x D

D I x ydxdy x ydxdy dx x ydxdy -+====

⎰⎰⎰⎰⎰⎰

.

定理6 设二元函数(,)f x y 在平面区域D 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，有

(,)0D

f x y dxdy =⎰⎰

.

（2）当(,)(,)(,)f x y f x y f x y -=-=时,有 其中1D 为由x 轴和y 轴分割D 所的到的1/4区域。

9例7 计算二重积分()D

I x y dxdy =+⎰⎰，其中D ：1x y +≤ .

解：如图所示，D 关于x 轴和y 轴均对称，且被积分函数关于x 和y 是偶函数，即有

(,)(,)(,)f x y f x y f x y -=-=，由定理2，得

其中1D 是D 的第一象限部分，由对称性知,1

1

D D x dxdy y dxdy =

⎰⎰⎰⎰

，

故1

4()D I x y dxdy =+⎰⎰1

4()D x x dxdy =+⎰⎰1

8D x dxdy =⎰⎰4

3

=.

情形二、积分区域D 关于原点对称

定理7 设平面区域12D D D =+,且1,D 2D 关于原点对称,则当D 上连续函数满足 1)(,)(,)f x y f x y --=时,有1

(,)2(,)D

D f x y dxdy f x y dxdy =⎰⎰⎰⎰

2)(,)(,)f x y f x y --=-时,有(,)0D

f x y dxdy =⎰⎰.

例8 计算二重积分33()D

x y dxdy +⎰⎰,D 为3y x =与y x =所围区域.

解:如图所示,区域D 关于原点对称,对于被积函数

33(,)f x y x y =+,有

3333(,)()()()(,)f x y x y x y f x y --=-+-=-+=-,有

定理7,得

33()0D

x y dxdy +=⎰⎰. 情形三、积分区域D 关于直线y x =±对称

定理8 设二元函数(,)f x y 在平面区域D 连续,且12D D D =+,1,2D D 关于直线y x =对称,则

1)(,)(,)D

D

f x y dxdy f y x dxdy =⎰⎰⎰⎰;

1

2

(,)(,)D D f x y dxdy f x y dxdy =⎰⎰⎰⎰.

2)当(,)(,)f y x f x y =-时,有(,)0D

f x y dxdy =⎰⎰.

3)当(,)(,)f y x f x y =时,有1

(,)2(,)D

D f x y dxdy f x y dxdy =⎰⎰⎰⎰.

例9 求22

22()D

x y I dxdy a b =+⎰⎰,D 为222x y R +≤所围.

解:积分区域D 关于直线y x =对称,由定理8,得

2222

2222()()D D

x y y x dxdy dxdy a b a b +=+⎰⎰⎰⎰, 故 2222()D x y I dxdy a b =+⎰⎰2222

22221[()()]2D D

x y y x dxdy dxdy a b a b =+++⎰⎰⎰⎰

42211

(

)4

R a b

π

=

+. 类似地，可得：

定理9 设二元函数(,)f x y 在平面区域D 连续,且12D D D =+,1,2D D 关于直线y x =对称,则 （1）当(,)(,)f y x f x y --=-,则有(,)0D

f x y dxdy =⎰⎰；

(2)当(,)(,)f y x f x y --=,则有1

(,)2(,)D

D f x y dxdy f x y dxdy =⎰⎰⎰⎰.

例10 计算22()arcsin()D

I x y x y dxdy =++⎰⎰,其中D 为区

域:01x ≤≤,10y -≤≤ .

解:如图所示,积分区域D 关于直线y x =-对称,且满足

(,)(,)f y x f x y --=-,