題目
Problem
6. Let and . Which of the following statements is false?
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
解答
解法一
思路
展開
- 積分域 的條件是 且 ,幾何上這是兩條帶狀區域的交集——一個以直線 為邊界、一個以 為邊界,交集是個旋轉了 45° 的正方形(菱形)。
- 這種積分域的形狀強烈提示做斜向換元:令 ,,則 在 坐標下變成標準的正方形 ,積分計算會大幅簡化。
- 換元後被積函數用 表達,其中 ,,Jacobian 行列式為 。
- 注意選項 (D) 和 (E): 和 在這個換元下具有完全對稱的形式,因此 ,兩個積分值應該相等,所以 (D) 和 (E) 不可能同時為真。
答題過程
展開
換元。 令 ,,則
Jacobian 行列式:
換元後, 對應 。
逐一計算各選項:
(A) 被積函數為 ,這是關於 的奇函數,對稱積分域上積分為零:
(B) 被積函數為 ,這是關於 的奇函數,同理積分為零。✓
(C) ,這是 的奇函數(也是 的奇函數),積分為零。✓
(D) :
與選項一致。✓
(E) ,展開後奇函數項 積分為零,剩餘結構與 完全相同,故:
選項宣稱是 ,不相符。✗
結論: 選項 (E) 為錯誤敘述。 和 在此對稱積分域上的積分值相等,均為 ,而非 。