12.01二重积分的概念与性质
一块板的总重封面场景

二重积分的概念与性质 · 沉浸式数学故事

一块板的总重

复合板密度处处不同,称一次总重看不出问题来自哪里。把板分成小格,用“局部密度×小块面积”累计,二重积分便落到材料台上。

第 12 章 · 二重积分 · 5 幕故事 · 1 个训练

一块板的总重:同一块板上,不同位置的单位面积质量不同。

材料实验室 · 密度不均

同一块板上,不同位置的单位面积质量不同。

用面密度 ρ(x,y) 描述位置 (x,y) 附近每单位面积的质量,板所占区域记为 D。

ρ=ρ(x,y),(x,y)∈D二重积分同时沿两个方向累计。
一块板的总重:每一格足够小时,密度可近似看作常量。

分成小格

每一格足够小时,密度可近似看作常量。

将 D 分成小区域 Δσᵢ,在其中取样点 (ξᵢ,ηᵢ),小格质量近似为 ρ(ξᵢ,ηᵢ)Δσᵢ。

小格质量≈ρ(ξᵢ,ηᵢ)Δσᵢ二维分割对应一重积分里的小区间。
一块板的总重:网格越来越细,近似总重趋向稳定值。

求和取极限

网格越来越细,近似总重趋向稳定值。

对所有小格求和,并让最大直径趋零,极限定义二重积分。

m=∬ᴅρ(x,y)dσ被积函数决定每个小块的权重。
一块板的总重:每块只记面积,累计结果就是区域面积。

函数为一

每块只记面积,累计结果就是区域面积。

当被积函数恒为 1,∬ᴅ1dσ 等于 D 的面积;常数可提出,和差可逐项积分。

∬ᴅ1dσ=Area(D)二重积分具有线性。
一块板的总重:复杂板可以分区加工,总重仍等于各区之和。

区域可拆

复杂板可以分区加工,总重仍等于各区之和。

若 D 由不重叠区域 D₁、D₂ 拼成,则积分可分开相加;密度上下界还能给总重估计。

∬ᴅf=∬ᴅ₁f+∬ᴅ₂f拆分线不能重复计算有面积的重叠区域。
一块板的总重训练场景

尾声 · 带着方法进课堂

故事落幕,判断才刚开始。

把这一课的条件、公式与易错点带进最后一次判断。

∬ᴅ1dσ 表示什么?
再读一遍