计算 ∫ ∫ D √ x 2 + y 2 d A , 其中 D 是图4中的区域 F : x 2 + y 2 = 4 G : ( x − 1 ) 2 + y 2 = 1 R f = 2 R g = 1 ∫ ∫ D √ x 2 + y 2 d A =
时间: 2024-05-15 09:05:55 浏览: 118
首先,我们可以观察图形,发现它们是两个圆的交集,因此可以使用极坐标系来求解,其中 $0 \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}$。
对于内圆 $G: (x-1)^2+y^2=1$,变换为极坐标系得到:
$$
r\cos\theta - 1 = 1 \Rightarrow r\cos\theta = 2
$$
因为 $r>0$,所以 $2\cos\theta \leq r \leq 2$。
对于外圆 $F: x^2+y^2=4$,变换为极坐标系得到:
$$
r^2 = 4 \Rightarrow r = 2
$$
因此,积分式可以变为:
$$
\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\int_{2\cos\theta}^{2}r \cdot r \, drd\theta
$$
计算积分得到:
$$
\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\int_{2\cos\theta}^{2}r^2 \, drd\theta = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\left[\frac{r^3}{3}\right]_{2\cos\theta}^{2}d\theta \\
=\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\frac{8}{3}-\frac{8\cos^3\theta}{3}d\theta = \left[\frac{8}{3}\theta + \frac{2\sin(2\theta)}{3}-\frac{8\sin\theta}{3}\right]_{0}^{\frac{\pi}{2}} \\
= \frac{4\pi}{3}-\frac{16}{3}
$$
因此,$\iint_D \sqrt{x^2+y^2}dA = \frac{4\pi}{3}-\frac{16}{3}$。
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