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Calculus · real student question

计算 F,即 y 从 −1.65 到 0、x 从 −y/1.1015 到 0 的二重积分 ∬ (14.1 − 11.515y) dx dy。

Question

计算 F=∫−1.650∫−y1.10150(14.1−11.515y) dx dy.F=\int_{-1.65}^{0}\int_{-\frac{y}{1.1015}}^{0}(14.1-11.515y)\,dx\,dy.

Step-by-step solution

  1. 注意被积函数里没有 x。 对 xx 而言它是常数,在区间上积分就等于乘以带符号的宽度: ∫−y/1.10150(14.1−11.515y) dx=(14.1−11.515y)(0−(−y1.1015))=(14.1−11.515y)y1.1015.\int_{-y/1.1015}^{0}(14.1-11.515y)\,dx = (14.1-11.515y)\left(0-\left(-\frac{y}{1.1015}\right)\right) = (14.1-11.515y)\frac{y}{1.1015}.

  2. 往下算之前,先判定这个宽度的符号。 当 y∈[−1.65,0]y\in[-1.65,0] 时有 −y1.1015≥0-\tfrac{y}{1.1015}\ge 0,也就是下限反而在上限 00 之上,于是宽度 y1.1015\tfrac{y}{1.1015} 是负的。而 14.1−11.515y>014.1-11.515y>0 在整个区间上都成立,所以内层积分为负,FF 也必然是负数——这一步正是最容易把符号弄丢的地方。

  3. 化成一元积分并展开。 F=11.1015∫−1.650(14.1y−11.515y2)dy.F = \frac{1}{1.1015}\int_{-1.65}^{0}\left(14.1y-11.515y^2\right)dy.

  4. 求原函数。 ∫(14.1y−11.515y2)dy=7.05y2−11.5153y3.\int\left(14.1y-11.515y^2\right)dy = 7.05y^2-\frac{11.515}{3}y^3.

  5. 按正确的顺序代入上下限。 在 y=0y=0 处原函数取值为 00,所以 F=11.1015[0−G(−1.65)]F=\tfrac{1}{1.1015}\left[0 - G(-1.65)\right],其中由 (−1.65)2=2.7225(-1.65)^2 = 2.7225 和 (−1.65)3=−4.492125(-1.65)^3 = -4.492125 得 G(−1.65)=7.05(2.7225)−11.5153(−4.492125)=19.193625+17.242273=36.435898.G(-1.65) = 7.05(2.7225)-\frac{11.515}{3}(-4.492125) = 19.193625+17.242273 = 36.435898.

  6. 做除法,写出带符号的结果。 F=−36.4358981.1015≈−33.0784.F = \frac{-36.435898}{1.1015} \approx -33.0784. 直接对 (14.1−11.515y)y1.1015(14.1-11.515y)\tfrac{y}{1.1015} 在 [−1.65,0][-1.65,0] 上做数值积分,得到 −33.0784368-33.0784368,大小和符号都得到确认。如果题目想表示的是 x=0x=0 与 x=−y1.1015x=-\tfrac{y}{1.1015} 之间的那个三角形区域、且上下限按从小到大书写,那么应当给出的值就是其绝对值 33.078433.0784。

Answer

F=−36.4358981.1015≈−33.0784(若 x 的上下限按从小到大书写,则取其绝对值 33.0784)F = -\frac{36.435898}{1.1015} \approx -33.0784 \quad (\text{若 } x\text{ 的上下限按从小到大书写,则取其绝对值 } 33.0784)

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