二重积分概念和性质的例题

,请求出令取得最大值的积分区域 本题是年考研数一真题卷第题的第一问,掌握了就可得出正确答案。

        (1)思路分析。题目要求的,其被积函数,如下图左侧所示。所以该二重积分的几何意义就是以为顶、积分区域为底的的体积,如下图右侧所示。

旋转抛物面

图中曲顶柱体的体积为

容易理解,增大时会随之增大,如下图左侧所示。继续增大使得紫色的曲顶刚好接触面,此时取得最大值,如下图右侧所示,该积分区域就是

增大时随之增大

积分区域为取得最大值

继续增大会发生什么呢?其对应的曲顶会越过面,如下图所示。

积分区域,及其对应的紫色曲顶

上述积分区域可分为两部分,一部分为,其所对应的紫色曲顶在面的上方,如下图左侧所示,该曲顶对应的函数满足。一部分为去掉后的圆环,记作,其所对应的绿色曲顶在面的下方,如下图右侧所示,该曲顶对应的函数满足

对应的曲顶

对应的曲顶

因为对应的曲顶,根据可知:

结合上,从而可得出继续增大使得曲顶越过面后,对应的变小了,即此时有:

        (2)求出的边界为曲面面的交线,即该边界方程为,从中消去可以得到该边界在坐标系中的方程:

所以就是半径为的圆的内部,即,如下图所示。

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