2022考研数二第15题解析:极坐标系定积分的计算

一、题目

二、解析

本题中的被积函数在极坐标系下也很规整简单,所以,不用转为直角坐标系下的积分进行计算.

接着,根据《利用定积分计算以极坐标系为基准的平面图形面积的公式》和《点火公式》可知:

$$
\begin{aligned}
S & = \int_{0}^{\frac{\pi}{3}} \frac{1}{2} \sin^{2} 3 \theta \mathrm{~d} \theta \\ \\
& = \int_{0}^{\frac{\pi}{3}} \frac{1}{6} \sin^{2} 3 \theta \mathrm{~d} 3 \theta \\ \\
& \textcolor{lightgreen}{ \leadsto } \textcolor{gray}{u = 3 \theta} \\ \\
& = \frac{1}{6} \int_{0}^{\pi} \sin^{2} u \mathrm{~d} u \\ \\
& = \frac{1}{6} \cdot 2 \cdot \textcolor{pink}{ \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sin^{2} u \mathrm{~d} u } \\ \\
& \textcolor{lightgreen}{ \leadsto } \textcolor{gray}{\text{点火公式}} \\ \\
& = \frac{1}{6} \times 2 \times \textcolor{pink}{ \frac{\pi}{2} \times \frac{1}{2} } \\ \\
& = \textcolor{lightgreen}{ \frac{\pi}{12} }
\end{aligned}
$$

本题中的被积函数在极坐标系下也很规整简单,所以,不用转为直角坐标系下的积分进行计算.

接着,根据《利用定积分计算以极坐标系为基准的平面图形面积的公式》可知:

$$
\begin{aligned}
S & = \frac{1}{2} \int_{0}^{\frac{\pi}{3}} \sin^{2} 3 \theta \mathrm{~d}\theta \\ \\
& = \frac{1}{2} \int_{0}^{\frac{\pi}{3}} \frac{1 – \cos 6 \theta}{2} \mathrm{~d}\theta \\ \\
& = \frac{1}{4} \left(\frac{\pi}{3} – \int_{0}^{\frac{\pi}{3}} \cos 6 \theta \mathrm{~d}\theta\right) \\ \\
& = \frac{\pi}{12} + \left. \frac{1}{24} \sin 6 \theta \right|_{0}^{\frac{\pi}{3}} \\ \\
& = \frac{\pi}{12} + 0 – 0 \\ \\
& = \textcolor{lightgreen}{ \frac{\pi}{12} }
\end{aligned}
$$

三、拓展习题

[01]. 交换极坐标系下二重积分的积分次序
[02]. 当积分区域出现“圆形”时,就要考虑转换为极坐标系求解
[03]. 当二重积分的积分区域不是圆形但被积函数和圆形有关时,也可以尝试使用极坐标系求解
[04]. 有根号又有平方的累次积分怎么求解?用极坐标系试一试吧!
[05]. 极坐标系和直角坐标系累次积分互相转换:别忘了那个特别的 $r$
[06]. 当二重积分的积分区域是圆形时一般考虑用极坐标:当这个圆形区域的位置并不标准时,可以考虑平移代换
[07]. 当二重积分的被积函数有根号有平方项的时候就可以常使用极坐标系求解
[08]. 当二重积分的积分区域中含有 $x$ 的平方和 $y$ 的平方时就可以考虑使用极坐标系了
[09]. 转为极坐标系后,怎么确定新的积分上下限?
[10]. 利用奇偶性和对称性直接计算极坐标系下的二重积分
[11]. 极坐标系二重积分的转换坐标系和调换积分次序的计算
[12]. 2026年考研数二第17题解析:二重积分、直角坐标系转极坐标系
[13]. 2023年考研数二第20题解析:极坐标系二重积分
[14]. 2021年考研数二第21题解析:直角坐标系转极坐标系、二重积分的计算
[15]. 2019年考研数二第18题解析:利用对称性和极坐标求解二重定积分


高等数学箭头 - 荒原之梦

涵盖高等数学基础概念、解题技巧等内容,图文并茂,计算过程清晰严谨。

线性代数箭头 - 荒原之梦

以独特的视角解析线性代数,让繁复的知识变得直观明了。

特别专题箭头 - 荒原之梦

通过专题的形式对数学知识结构做必要的补充,使所学知识更加连贯坚实。

荒原之梦-zhaokaifeng.com

荒原之梦网全部内容均为原创,提供了涵盖考研数学基础知识、考研数学练习题、考研数学真题等方面,大量精心研发的学习资源。

豫ICP备17023611号-1 | 公网安备 - 荒原之梦 豫公网安备41142502000132号
Copyright©2017-2026 ZhaoKaifeng.com 版权所有 All Rights Reserved.

豫ICP备17023611号-1
  豫公网安备41142502000132号
Copyright©2026   ZhaoKaifeng.com   All Rights Reserved.

荒原之梦 自豪地采用WordPress