|
一、极坐标系中区域的类型 以下命名方式借用直角坐标系中平面区域的命名方式，以变量命名。 1、θ-型区域 设平面区域D夹在两条射线 如果对任一ϴ∈(α,β)对应的射线穿进区域时与区域边界线的交点（内交点）和穿出区域时与边界线的交点（外交点）的极径ρ的取值都有统一的关于ϴ变量的函数关系式，则区域为简单ϴ-型区域。简单ϴ-型区域可以用不等式描述为 对于简单区域其中ϴ变量范围的获取方法：从极轴开始，逆时钟方向连续旋转射线，则射线开始进入区域，与区域相切位置对应极角取值为变量ϴ的取值区间的左端点，离开区域与区域相切位置对应极角取值为变量ϴ的取值区间的右端点，并且ϴ=α, ϴ=β两条射线与区域相切的两点将区域的边界曲线分割成内外两条边界曲线。 内、外边界曲线ρ关于变量ϴ变量的表达式即为ρ的取值范围。因此，为获得ρ变量的取值范围，需要将区域的内、外边界线描述为极角ϴ变量的函数关系式。 2 ρ-型区域 设平面区域D夹在两个以极点为圆心的同心圆 内。如果任取ρ∈(a,b)，以极点(0,0)为圆心做圆逆时钟穿过区域，圆与区域的边界曲线的交点不多于两个，则把该区域称为ρ-型区域。 如果对任一ρ∈(a,b)对应圆逆时钟穿进区域时与区域边界线的交点和穿出区域时与边界线的交点的极角ϴ的取值都有统一的关于ρ变量的函数关系式，则区域为简单ρ-型区域。简单ρ-型区域可以用不等式描述为 对于简单区域ρ变量范围的获取方法：从极点开始（ρ=0），以极点为圆心做半径连续增加的圆，则圆开始进入区域，与区域相切位置（或第一个交点位置）对应极径取值a为变量ρ的取值区间的左端点，离开区域与区域相切位置（或最后一个交点）对应极径取值b为变量ρ的取值区间的右端点，并且ρ=a, ρ=b两个圆与区域相切（或相交）的两点将区域的边界曲线分割成两条边界曲线。 ϴ变量的取值范围一般为ρ变量函数关系式，它通过在ρ变量的取值范围内任取一一个极径值做以极点为圆心的圆逆时钟穿过区域，其中圆进入区域的位置，即圆与区域边界曲线的交点（入点）极角的取值为ϴ变量取值区间的左端点，圆与穿出区域，与边界曲线的交点（出点）极角的取值为ϴ变量取值区间的右端点。 【注】对于复杂的极坐标中的区域，则可以通过相应的一些极径圆与射线将它们分割成简单ϴ-型区域或ρ-型区域的并。 二、极坐标系下的二重积分计算步骤与典型例题 适用问题类型：二重积分的被积函数由 描述或包含有相应项，积分区域由射线、圆弧等围成；或者一些其它在直角坐标系下不能进行有效计算的二重积分，可以考虑极坐标方法来计算二重积分。 二重积分的极坐标计算方法思路与步骤： 第一步：直角坐标系下画图 画确定积分区域的各边界曲线，根据题意确定区域. 第二步：简化计算 判断积分区域整体，或者经过分割后的部分是否关于坐标轴、原点或y=x直线对称、判断被积函数整体，或者经加减运算拆项的部分是否具有相应变量的奇偶性，借助偶倍奇零与轮换对称性化简计算. 第三步：确定坐标系 确定使用极坐标计算二重积分，根据被积函数特征，如包含x^2+y^2、y/x或x/y描述或包含相应项；积分区域的特征：由射线、圆弧等围成；或者积分在直角坐标系下不能进行有效计算. 第四步：转换描述 借助直角坐标与极坐标的关系：x=ρcosθ，y=ρsinθ转换被积函数表达式与积分区域边界曲线描述形式用极坐标描述. 第五步：确定积分区域类型 根据积分区域图形与被积函数特征，确定最终需要计算的积分区域的类型：简单θ-型或简单ρ-型，并根据类型将边界曲线描述为相应型变量的函数表达式，如θ-型，则应该将边界曲线方程描述为θ变量的函数。如果不是则分割积分区域. 第六步：扫描求型限 对于简单θ-型，用x正半轴逆时钟扫描；对于简单ρ-型，从ρ=0开始，以极点为圆心，半径逐渐增大的同心圆扫描，确定型变量的范围：常值区间. 【注】θ的最大取值范围一般取为[0,2π]，也可以取为[-π, π]；ρ的最大取值范围则为[0,+∞]. 第七步：画线定余限 在型变量的取值范围内，做射线穿过积分区域，或以极点为圆心的圆逆时钟穿过区域，入点为下限，出点为上限：上下限一般为型变量的函数或者直接为常值. 第八步：余变先积分，最后积型变 特别注意，被积函数除了直接函数转换成的表达式外，还要多乘以一个ρ，即有 参考课件节选：
|
|
|
