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对称性在积分学中的应用(可编辑).doc
对称性在积分学中的应用 4 第三节 对称性在定积分中的应用举例…………………6 第二章对称性在重积分中的应用………………………8 第一节 重积分的几何意义………………………………8 第二节 对称性在重积分中的重要定理…………………8 第三节 对称性在二重积分中的应用举例………………13 第三章 三重积分的对称性应用…………………………14 第一节 空间对称区域……………………………………14 第二节 空间对称区域上的奇偶函数……………………15 第三节 奇偶函数在空间对称区域上的积分……………15 第四节 三重积分的应用举例……………………………16 第四章 利用对称性构造积分……………………………18第一节 对称性在积分应用中的其他重要结论……………18 第二节 利用对称性构造积分的应用举例…………………18 参考文献…………………………………………………………21 对称性在积分中的应用 摘要:本文归纳了对称性在积分计算中的一些重要结论,利用这些结论,使较复杂的计算变得简单,并结合实例说明这些结论的应用关键词:奇偶函数 积分 对称性 在积分计算中,根据题目的条件,充分利用积分区域的对称性及被积函数的奇偶性,往往可以达到事半功倍的效果.下面我将从积分相关的定理和结论,再结合相关的实例进行具体的探讨.本文结合积分域关于平行于坐标轴的直线、平行于坐标面的平面、平行于坐标轴对角线的直线的对称性定义,来讨论积分的对称性。 第一章 对称性在定积分中的应用 第一节.对称性与定积分的相关定义、定理 对称性定义1: 设平面区域为,若点 ,则关于直线对称,则与是关于的对称点.若点 ,则关于直线对称,称点与是关于的对称点(显然当,对关于,轴对称) 对称性定义2: 设平面区域为,若点,则关于对称,称点与是关于的对称点. 定积分定理1:设在区间上连续,则在上可积. 定积分定理2:设在区间上有界,且只有有限个间断点,则在上可积. 第二节: 定积分的基本定理 1.1定积分的意义 (1)若,定积分表示曲线与直线轴所围成的曲边梯形的面积; (2)若,曲线与直线轴所围成的曲边梯形的面积为; (3)若符号不定,则定积分表示曲线与直线轴所围成的曲边梯形位于。 1.2对称性在定积分应用中的基本定理 推理 设函数在上连续,则有 (1) 证 令,有 (2) 令,则 (3) 将(3)式代入(2)式,并将积分变量统一成,则 特别地,令,就得公式 由函数奇偶性的定义及上式,易得 定理1 设在对称区间上可积 (i)若是偶函数,则成立 (ii)若是奇函数,则成立 证明:由 , 对积分作变量代换,得 例1: 计算 解:很容易知道为奇函数,为偶函数,所以有: 而为偶函数,所以有: 即: 例2: 计算积分 解:我们计算积分,一眼就看出了它的积分域是对称的,我们可以直接联想到对称性得问题 令 而有:,即是偶函数 有:即是奇函数 则有: 定理2 设函数连续, 1若的图形关于直线对称,即,则对一切,有 2若的图形关于点对称,即,则对一切,有 证 1由(1)式及已知条件,有 2由(1)式及已知条件,有 此结论有广泛的应用,如能恰当地使用,对简化定积分的计算有很大帮助. 第三节:对称性在定积分中的应用举例 例 1 求 , 解:(i)因为为偶函数,为奇函数,所以为奇函数, 在对称区间上的积分是 0 即: (ii)将看成,看成,则 代入分部积分有: 0 例2 求解 一看这个被积函数是非奇即偶,但是可以把它分成两部分来看和,前一部分是奇函数,后一部分是偶函数,可用定理1的结论简化其计算. 而对于任意区间上的定积分问题,可以平移到对称区间上求解就像这样的例子很多,应用定积分的性质进行拆项后,达到简化计算的目的 例3 求 解 因为及都关于对称(由图像可知),且关于点中心 对称.所以关于点中心对称,又区间关于对称,故定理有 于是 利用函数关于直线对称以及区间关于直线对称,应用定理得出积分为0,使上述复杂积分简单化,易得出结论. 例4:求椭圆所围成的图形的面积 解: 这椭圆关于两坐标轴都对称(见图),所以椭圆 所围成的图形的面积为 其中为该椭圆在第一象限部分与两坐标轴所围成图形的面积, 因此 利用椭圆的参数方程 应用定积分换元法,令,则 , 当由0变到时, 当时,就得到大家所熟悉的圆面积的公式 第二章 对称性在重积分中的应用 第一节:重积分的几何意义 当函数在有界闭区域上连续时
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