题目
设闭区域D由曲线y=x^2和直线y=0,x=1围成,f(x,y)=xe^y+int_(D)f(x,y)dx dy,则int_(D)f(x,y)dx dy=().A. (3e-6)/(4).B. (2e-5)/(3),C. (2e-1)/(3),D. (2e-3)/(3),
设闭区域$D$由曲线$y=x^{2}$和直线$y=0,x=1$围成,$f(x,y)=xe^{y}+\int_{D}f(x,y)dx dy$,则$\int_{D}f(x,y)dx dy=$().
A. $\frac{3e-6}{4}$.
B. $\frac{2e-5}{3}$,
C. $\frac{2e-1}{3}$,
D. $\frac{2e-3}{3}$,
题目解答
答案
A. $\frac{3e-6}{4}$.
解析
本题考查二重积分的计算,解题的关键思路是通过设$\int_{D}f(x,y)dxdy$为一个常数$A$,将原函数$f(x,y)$化简,然后对化简后的函数在区域$D$上进行二重积分,从而建立关于$A$的方程,最后求解$A$的值。
- 设$\int_{D}f(x,y)dxdy = A$:
因为$\int_{D}f(x,y)dxdy$是一个确定的常数,设为$A$,则原函数$f(x,y)=xe^{y}+A$。 - 对$f(x,y)$在区域$D$上进行二重积分:
已知闭区域$D$由曲线$y = x^{2}$和直线$y = 0$,$x = 1$围成,那么区域$D$可以表示为$0\leqslant x\leqslant 1$,$0\leqslant y\leqslant x^{2}$。
所以$\int_{D}f(x,y)dxdy=\int_{0}^{1}dx\int_{0}^{x^{2}}(xe^{y}+A)dy$。 - 先对$y$积分:
根据积分公式$\int e^{y}dy = e^{y}+C$,$\int kdy = ky + C$($k$为常数),可得:
$\int_{0}^{x^{2}}(xe^{y}+A)dy=\left[xe^{y}+Ay\right]_{0}^{x^{2}}=x(e^{x^{2}} - 1)+Ax^{2}$。 - 再对$x$积分:
$\int_{0}^{1}\left[x(e^{x^{2}} - 1)+Ax^{2}\right]dx=\int_{0}^{1}xe^{x^{2}}dx-\int_{0}^{1}xdx+A\int_{0}^{1}x^{2}dx$。- 计算$\int_{0}^{1}xe^{x^{2}}dx$:
令$t = x^{2}$,则$dt = 2xdx$,当$x = 0$时,$t = 0$;当$x = 1$时,$t = 1$。
所以$\int_{0}^{1}xe^{x^{2}}dx=\frac{1}{2}\int_{0}^{1}e^{t}dt=\frac{1}{2}\left[e^{t}\right]_{0}^{1}=\frac{1}{2}(e - 1)$。 - 计算$\int_{0}^{1}xdx$:
根据积分公式$\int x^n dx=\frac{1}{n + 1}x^{n + 1}+C$($n\neq -1$),可得$\int_{0}^{1}xdx=\left[\frac{1}{2}x^{2}\right]_{0}^{1}=\frac{1}{2}$。 - 计算$A\int_{0}^{1}x^{2}dx$:
同理可得$A\int_{0}^{1}x^{2}dx=A\left[\frac{1}{3}x^{3}\right]_{0}^{1}=\frac{1}{3}A$。
- 计算$\int_{0}^{1}xe^{x^{2}}dx$:
- 建立关于$A$的方程并求解:
将上述积分结果代入$\int_{0}^{1}\left[x(e^{x^{2}} - 1)+Ax^{2}\right]dx$可得:
$\frac{1}{2}(e - 1)-\frac{1}{2}+\frac{1}{3}A = A$。
移项可得:$A-\frac{1}{3}A=\frac{1}{2}(e - 1)-\frac{1}{2}$。
合并同类项得:$\frac{2}{3}A=\frac{1}{2}e - 1$。
解得:$A=\frac{3e - 6}{4}$。