有些二重积分,积分区域的边界曲线或北积函数用极坐标变量来表示比较简单,则可以考虑用极坐标来计算。
例如:积分区域D与圆有关(可以是部分圆域,像圆周与直线所围成的区域);被积函数f(x,y)中含有形如x²+y²,xy,y/x,x/y的式子。
如果这两个条件同时满足则用极坐标计算会更简单,若只满足其中一个有时用直角坐标计算反而会更方便。
1、直角坐标系与极坐标系下的二重积分关系
1)面积元素变换为极坐标系下:要将直坐标系下的x和y根据换算关系用极坐标系下的r和θ表示
2)二重积分转换公式:∬f(x,y)dxdy=∬f(r cosθ,r sinθ)r dr dθ
3)将直角坐标系的二重积分化为极坐标系下的二重积分需要进行“三换”:
①x=r cosθ,y=r sinθ;②Dxy→Drθ,dxdy→rdrdθ;③∬f(x,y)dxdy=∬f(r cosθ,r sinθ)r dr dθ
2、极坐标系下的二重积分化为累次积分
将直角坐标系下的二重积分化为极坐标系后,极坐标系下的二重积分仍然需要化为累次积分来计算,关键是定出r,θ的上下限
定的θ上下限:用两条过极点的射线夹平面区域,由两射线的倾角得到其上下限
定r的上下限:任意作过极点的半射线与平面区域相交,由穿进点,穿出点的极径得到其上下限。