题目
10.(10`)计算二重积分 iint dfrac (sin y)(y)dxdy, 其中D是由直线 y=x 与 =sqrt (x) 所围成的闭区域.

题目解答
答案

解析
步骤 1:确定积分区域
积分区域D是由直线 $y=x$ 与 $y=\sqrt{x}$ 所围成的闭区域。为了确定积分的上下限,我们首先需要找到这两条曲线的交点。解方程 $x = \sqrt{x}$,得到 $x = 0$ 和 $x = 1$。因此,积分区域D在x轴上的范围是0到1。
步骤 2:设置积分
根据积分区域D,我们可以设置二重积分的上下限。由于积分区域D在x轴上的范围是0到1,因此x的积分范围是0到1。对于每个固定的x,y的范围是从 $y = x$ 到 $y = \sqrt{x}$。因此,二重积分可以表示为:
$$\iint_D \frac{\sin y}{y} \, dxdy = \int_0^1 \int_x^{\sqrt{x}} \frac{\sin y}{y} \, dy \, dx$$
步骤 3:交换积分顺序
为了简化计算,我们可以交换积分顺序。根据积分区域D,y的范围是从0到1,对于每个固定的y,x的范围是从 $x = y^2$ 到 $x = y$。因此,二重积分可以表示为:
$$\iint_D \frac{\sin y}{y} \, dxdy = \int_0^1 \int_{y^2}^y \frac{\sin y}{y} \, dx \, dy$$
步骤 4:计算内层积分
计算内层积分,即对x积分:
$$\int_{y^2}^y \frac{\sin y}{y} \, dx = \frac{\sin y}{y} \int_{y^2}^y dx = \frac{\sin y}{y} (y - y^2) = \sin y - y \sin y$$
步骤 5:计算外层积分
计算外层积分,即对y积分:
$$\int_0^1 (\sin y - y \sin y) \, dy$$
使用分部积分法,设 $u = y$,$dv = \sin y \, dy$,则 $du = dy$,$v = -\cos y$。因此:
$$\int_0^1 (\sin y - y \sin y) \, dy = \int_0^1 \sin y \, dy - \int_0^1 y \sin y \, dy$$
$$= [-\cos y]_0^1 - \left[ -y \cos y \right]_0^1 + \int_0^1 \cos y \, dy$$
$$= -\cos 1 + \cos 0 + [y \cos y]_0^1 - \int_0^1 \cos y \, dy$$
$$= -\cos 1 + 1 + \cos 1 - 0 - [\sin y]_0^1$$
$$= 1 - \sin 1$$
积分区域D是由直线 $y=x$ 与 $y=\sqrt{x}$ 所围成的闭区域。为了确定积分的上下限,我们首先需要找到这两条曲线的交点。解方程 $x = \sqrt{x}$,得到 $x = 0$ 和 $x = 1$。因此,积分区域D在x轴上的范围是0到1。
步骤 2:设置积分
根据积分区域D,我们可以设置二重积分的上下限。由于积分区域D在x轴上的范围是0到1,因此x的积分范围是0到1。对于每个固定的x,y的范围是从 $y = x$ 到 $y = \sqrt{x}$。因此,二重积分可以表示为:
$$\iint_D \frac{\sin y}{y} \, dxdy = \int_0^1 \int_x^{\sqrt{x}} \frac{\sin y}{y} \, dy \, dx$$
步骤 3:交换积分顺序
为了简化计算,我们可以交换积分顺序。根据积分区域D,y的范围是从0到1,对于每个固定的y,x的范围是从 $x = y^2$ 到 $x = y$。因此,二重积分可以表示为:
$$\iint_D \frac{\sin y}{y} \, dxdy = \int_0^1 \int_{y^2}^y \frac{\sin y}{y} \, dx \, dy$$
步骤 4:计算内层积分
计算内层积分,即对x积分:
$$\int_{y^2}^y \frac{\sin y}{y} \, dx = \frac{\sin y}{y} \int_{y^2}^y dx = \frac{\sin y}{y} (y - y^2) = \sin y - y \sin y$$
步骤 5:计算外层积分
计算外层积分,即对y积分:
$$\int_0^1 (\sin y - y \sin y) \, dy$$
使用分部积分法,设 $u = y$,$dv = \sin y \, dy$,则 $du = dy$,$v = -\cos y$。因此:
$$\int_0^1 (\sin y - y \sin y) \, dy = \int_0^1 \sin y \, dy - \int_0^1 y \sin y \, dy$$
$$= [-\cos y]_0^1 - \left[ -y \cos y \right]_0^1 + \int_0^1 \cos y \, dy$$
$$= -\cos 1 + \cos 0 + [y \cos y]_0^1 - \int_0^1 \cos y \, dy$$
$$= -\cos 1 + 1 + \cos 1 - 0 - [\sin y]_0^1$$
$$= 1 - \sin 1$$