Калькулятор двойных интегралов

Вычисляйте двойные интегралы по прямоугольным, произвольным или полярным областям с пошаговыми решениями на основе ИИ

Перетащите или нажмите , чтобы добавить изображения или PDF

Math Input
double integral of x*y over [0,1]x[0,2]
double integral of x^2+y^2 over unit disk in polar
double integral of e^(x+y) over [0,1]x[0,1]
double integral of y dA over triangle with vertices (0,0),(1,0),(0,1)

Что такое двойной интеграл?

Двойной интеграл вычисляет накопление функции f(x,y)f(x, y) по двумерной области DD:

Df(x,y)dA\iint_D f(x,y)\,dA

где dAdA — бесконечно малый элемент площади. В декартовых координатах dA=dxdydA = dx\,dy; в полярных координатах dA=rdrdθdA = r\,dr\,d\theta.

Распространённые физические смыслы:

  • f(x,y)=1f(x,y) = 1 даёт площадь области DD.
  • f(x,y)=h(x,y)f(x,y) = h(x,y) (функция высоты) даёт объём под поверхностью z=h(x,y)z = h(x,y) над DD.
  • f=ρ(x,y)f = \rho(x,y) (поверхностная плотность) даёт массу тонкой пластины.

Ключевые навыки: выбрать координаты, расставить пределы и вычислить как повторные одинарные интегралы по теореме Фубини.

Как вычислять двойные интегралы

Теорема Фубини

Для непрерывной ff по прямоугольнику D=[a,b]×[c,d]D = [a, b] \times [c, d]:

DfdA=abcdf(x,y)dydx=cdabf(x,y)dxdy\iint_D f\,dA = \int_a^b \int_c^d f(x,y)\,dy\,dx = \int_c^d \int_a^b f(x,y)\,dx\,dy

Подходит любой порядок, поэтому выбирайте тот, который проще интегрировать.

Области типа I и типа II

Тип I (yy ограничен кривыми от xx):

D={(x,y):axb, g1(x)yg2(x)}D = \{(x,y) : a \leq x \leq b,\ g_1(x) \leq y \leq g_2(x)\}

DfdA=abg1(x)g2(x)f(x,y)dydx\iint_D f\,dA = \int_a^b \int_{g_1(x)}^{g_2(x)} f(x,y)\,dy\,dx

Тип II (xx ограничен кривыми от yy):

D={(x,y):cyd, h1(y)xh2(y)}D = \{(x,y) : c \leq y \leq d,\ h_1(y) \leq x \leq h_2(y)\}

DfdA=cdh1(y)h2(y)f(x,y)dxdy\iint_D f\,dA = \int_c^d \int_{h_1(y)}^{h_2(y)} f(x,y)\,dx\,dy

Полярные координаты

Для областей с круговой симметрией используйте x=rcosθx = r\cos\theta, y=rsinθy = r\sin\theta, dA=rdrdθdA = r\,dr\,d\theta:

Df(x,y)dA=Df(rcosθ,rsinθ)rdrdθ\iint_D f(x,y)\,dA = \iint_D f(r\cos\theta, r\sin\theta)\,r\,dr\,d\theta

Множитель rr из якобиана существенно важен — его пропуск является самой распространённой ошибкой.

Когда менять порядок интегрирования

Если внутренний интеграл становится неразрешимым (например, ex2dx\int e^{x^2}\,dx не имеет элементарной первообразной), смена порядка интегрирования часто делает задачу разрешимой. Сначала нарисуйте область, чтобы найти эквивалентные пределы в другом порядке.

Типичные ошибки, которых следует избегать

  • Неверный порядок пределов: внутренние пределы могут зависеть от внешних переменных, но внешние пределы должны быть константами. Перепутаны = неверный ответ.
  • Забывают полярный якобиан: dA=rdrdθdA = r\,dr\,d\theta, а не drdθdr\,d\theta.
  • Не рисуют область: для непрямоугольной DD рисунок делает выбор между типом I и типом II очевидным.
  • Пытаются интегрировать невозможные внутренние функции: если вы наткнулись на ex2dx\int e^{x^2}\,dx или подобный неэлементарный подынтегральный, поменяйте порядок, прежде чем сдаваться.
  • Ошибки знака с отрицательными подынтегральными функциями: если ff меняет знак на DD, двойной интеграл может быть равен нулю — это правильно, а не ошибка, которую нужно «исправлять».

Examples

Step 1: Запишите: 0101(x2+y2)dydx\int_0^1 \int_0^1 (x^2 + y^2)\, dy\, dx
Step 2: Проинтегрируйте по yy: 01(x2+y2)dy=x21+13=x2+13\int_0^1 (x^2 + y^2)\,dy = x^2 \cdot 1 + \frac{1}{3} = x^2 + \frac{1}{3}
Step 3: Проинтегрируйте по xx: 01(x2+13)dx=13+13=23\int_0^1 (x^2 + \frac{1}{3})\,dx = \frac{1}{3} + \frac{1}{3} = \frac{2}{3}
Answer: 23\dfrac{2}{3}

Step 1: Перейдите к полярным: x2+y2=r2x^2 + y^2 = r^2, dA=rdrdθdA = r\,dr\,d\theta
Step 2: Пределы: 0r10 \leq r \leq 1, 0θ2π0 \leq \theta \leq 2\pi
Step 3: Интеграл становится: 02π01r2rdrdθ=02π01r3drdθ\int_0^{2\pi} \int_0^1 r^2 \cdot r\, dr\, d\theta = \int_0^{2\pi} \int_0^1 r^3\, dr\, d\theta
Step 4: Внутренний: 01r3dr=14\int_0^1 r^3\,dr = \frac{1}{4}
Step 5: Внешний: 02π14dθ=π2\int_0^{2\pi} \frac{1}{4}\,d\theta = \frac{\pi}{2}
Answer: π2\dfrac{\pi}{2}

Step 1: Область: 0x10 \leq x \leq 1 и 0y1x0 \leq y \leq 1 - x (тип I)
Step 2: Запишите: 0101xydydx\int_0^1 \int_0^{1-x} y\,dy\,dx
Step 3: Внутренний: 01xydy=(1x)22\int_0^{1-x} y\,dy = \frac{(1-x)^2}{2}
Step 4: Внешний: 01(1x)22dx=12(1x)3301=16\int_0^1 \frac{(1-x)^2}{2}\,dx = \frac{1}{2} \cdot \frac{(1-x)^3}{-3}\Big|_0^1 = \frac{1}{6}
Answer: 16\dfrac{1}{6}

Frequently Asked Questions

Используйте полярные, когда область или подынтегральная функция обладает круговой симметрией — круги, кольца, секторы или функции от x²+y². Якобиан r часто упрощает подынтегральную функцию, сокращая множители.

Теорема Фубини утверждает, что для непрерывной функции по прямоугольнику (или любой области, где интеграл абсолютно сходится) двойной интеграл равен повторному интегралу, и порядок интегрирования можно менять без изменения результата.

Нарисуйте область D. Найдите эквивалентные описания как тип I и тип II — то есть выразите ту же область с x, ограниченным кривыми от y, вместо y, ограниченного кривыми от x. Перепишите интеграл с новыми пределами.

Множитель r берётся из определителя якобиана преобразования из (x,y) в (r,θ). Геометрически тонкий полярный «сектор» имеет площадь r·dr·dθ, а не просто dr·dθ.

Related Solvers

Try AI-Math for Free

Get step-by-step solutions to any math problem. Upload a photo or type your question.

Start Solving