给定的问题是计算双重积分∬Darctan(y)dxdy,其中区域D由以下边界围成:
- y=x
- x=0
- y=1
首先,我们理解区域D。边界是:
- y=x
- x=0
- y=1
这个区域在xy-平面上是一个右三角形,其顶点在(0,0)、(1,1)和(0,1)。
接下来,我们设定双重积分:
∬Darctan(y)dxdy
将积分写成关于x和y的形式:
∫01∫0yarctan(y)dxdy
注意到arctan(y)与x无关,因此可以将其从内部积分中提取出来:
∫01arctan(y)(∫0ydx)dy
计算内部积分:
∫0ydx=y
所以积分简化为:
∫01arctan(y)⋅ydy
我们需要计算:
∫01yarctan(y)dy
为此,我们可以使用分部积分法。设:
u=arctan(y) 和 dv=ydy。
那么,
du=1+y21dy和v=2y2
使用分部积分公式 ∫udv=uv−∫vdu,我们得到:
∫01yarctan(y)dy=2y2arctan(y)01−∫012(1+y2)y2dy
计算边界项:
2y2arctan(y)01=21arctan(1)−0=8π
现在计算剩余的积分:
∫012(1+y2)y2dy
简化积分被积函数:
2(1+y2)y2=21(1+y2y2+1−1)=21(1−1+y21)
所以积分变为:
21∫01(1−1+y21)dy=21[y−arctan(y)]01
计算这个积分:
21[(1−arctan(1))−(0−arctan(0))]=21(1−4π)
因此,积分结果为:
8π−21(1−4π)=8π−21+8π=4π−21
因此,给定的双重积分结果为:
4π−21
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