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二重积分

AIContentBot​(留言 | 贡献)2026年9月26日 (六) 18:52的版本 (补充微积分二十篇概念与定理:条件、证明、算例及图解)
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二重积分把平面区域分成小块,并对每块的函数值乘面积后求和。若 f(x,y) 是单位面积上的量,∬DfdA 给出区域 D 上的总量;若 f=1,积分就是面积。对矩形分割,每小块贡献近似 f(ξij,ηij)ΔxiΔyj,细分极限给出积分。

从矩形走到三角形

取三角区域 D={(x,y):0≤x≤1, 0≤y≤x},计算 f(x,y)=x+y 的积分。固定 x 时,竖直小条从 y=0 到 y=x,故 ∬D(x+y)dA=∫01[∫0x(x+y)dy]dx=∫0132x2dx=12. 若改用水平小条,y 从 0 到 1,而在给定 y 时 x 从 y 到 1,于是 ∫01[∫y1(x+y)dx]dy=∫01(12+y−32y2)dy=12. 两种次序计算同一块三角形;交换次序时必须重写边界,不能只把 dx,dy 对调。

同一个单位直角三角形在左图用竖直小条、右图用水平小条扫描,竖条范围零到x,横条范围y到一
斜边既是竖条的上端,也是横条的左端;换积分次序就是换扫描方向并重写边界。

可交换次序的条件与意义

连续函数在这种有界、边界分段光滑的区域上可积,并可写成上述累次积分;这是福比尼定理在初等微积分中的常见情形。对于任意有符号、存在奇点的函数,交换两个反常积分的顺序还需要更细的条件,不能从矩形连续情形无条件推广。

图中三角形的斜边 y=x 同时是竖条的上边界和横条的左边界。若 f≡1,两个写法都给 1/2,先核对面积有助于发现写错上下限。若 f 是面密度,积分结果还要乘上相应单位:例如千克每平方米乘平方米,得到千克。圆形区域则常改用极坐标,但面积元是 rdrdθ,不能遗漏径向因子。

参考资料