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,其被积函数是,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。
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。
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。
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。
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。的边界为曲面和面的交线,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。