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96 台灣大學微積分(B) 第 3 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

96學年度 · 96台大微積分B · 第 3 題

題目

3.

∫03(∫−9−x2021+x2+y2 dy) dx=‾。\int_0^3\left(\int_{-\sqrt{9-x^2}}^0 \frac{2}{1+\sqrt{x^2+y^2}}\,dy\right)\,dx=\underline{\quad\quad}。

解答

解法一

思路

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  • 積分區域是半徑 33 的右下四分之一圓盤;被積函數只含 x2+y2\sqrt{x^2+y^2},適合改用極座標。

答題過程

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在極座標下,0≤r≤30\le r\le3、−π2≤θ≤0-\frac\pi2\le\theta\le0,且 dA=r dr dθ\mathrm{d}A=r\,\mathrm{d}r\,\mathrm{d}\theta。故

∫−π/20∫032r1+r dr dθ= π2⋅2[r−ln⁡(1+r)]03= π(3−ln⁡4).\begin{align*} \int_{-\pi/2}^0\int_0^3\frac{2r}{1+r}\,\mathrm{d}r\,\mathrm{d}\theta =&\,\frac\pi2\cdot2\left[r-\ln(1+r)\right]_0^3\\[4mm] =&\,\boxed{\pi(3-\ln4)}. \end{align*}