14.3
二重积分用于求解函数在某一区域上的总累积量。它通过累次积分进行计算,即将二重积分表示为两个单积分的形式。
对于定义在 xy 平面上矩形区域的函数,保持 x 不变意味着沿垂直于 x 轴的方向切片区域,并对 y 进行积分。此时所得结果是关于 x 的函数,再对该函数关于 x 积分即可得到总的累积量。此过程亦可逆向进行:即先沿 x 方向积分,再沿 y 方向积分。
富比尼定理规范了这一过程。该定理指出,对于定义在矩形区域上的连续函数,两种积分次序将给出相同的结果。
这一概念可应用于实际问题,例如求解密度变化的薄片的质量。
在这种情况下,对 y 积分密度可得到一条细长条带的质量。再对这些条带的质量关于 x 进行积分,即可得到总质量。
类似地,先对 x 积分再对 y 积分也会得到相同的值。富比尼定理保证了两种积分次序的结果相同,因此可以选择使计算更简便的积分次序。
二重积分将单变量函数的积分概念推广到双变量函数,从而能够计算函数 z = f(x, y) 在平面区域 R 上所围成的曲面下方的体积。对于由 a ≤ x ≤ b 和 c ≤ y ≤ d 定义的矩形区域,以及在该区域上连续的函数,二重积分可作为累次积分进行计算。这种方法通过将问题简化为依次对单个变量进行…