題目
Problem
一、填充題:共 8 題,每題 8 分,共 64 分。
- Evaluate the integral ∫08∫3x2y4+11dydx.
解答
解法一:交換二重積分順序法
思路
展開
- 本題要計算二重積分 I=∫08∫3x2y4+11dydx。(與 A2 第 4 題相同)
- 內層被積函數為 y4+11,難以對 y 直接積分,故需交換積分順序。
- 積分區域 D:
- 原範圍: 0≤x≤8 且 3x≤y≤2。
- 下邊界為 y=3x⟹x=y3,上邊界為 y=2。
- 交換後新範圍為: 0≤y≤2 且 0≤x≤y3。
- 計算積分:
I=∫02∫0y3y4+11dxdy=∫02y4+1y3dy=[41ln(y4+1)]02=41ln17
答題過程
展開
給定二重積分為:
I=∫08∫3x2y4+11dydx
此積分區域 D 可表示為:
D={(x,y)∣0≤x≤8, 3x≤y≤2}
下邊界曲線為 y=3x,這等價於 x=y3;上邊界為 y=2。
當 x=0 時, y=0;當 x=8 時, y=2。
因此,若將積分順序交換,改為先對 x 積分,再對 y 積分,則 y 的範圍為 0 到 2,而對應的 x 範圍為 0 到 y3:
D={(x,y)∣0≤y≤2, 0≤x≤y3}
將積分式改寫為:
I=∫02∫0y3y4+11dxdy
先計算內層關於 x 的積分:
∫0y3y4+11dx=y4+11[x]0y3=y4+1y3
代回外層積分:
I=∫02y4+1y3dy
令 u=y4+1⟹du=4y3dy⟹y3dy=41du。
變更積分上下限:
- 當 y=0⟹u=1
- 當 y=2⟹u=24+1=17
代入得:
I=∫117u1(41du)=41[ln∣u∣]117=41(ln17−ln1)=41ln17
結論:
6. 填入 41ln17。