題目
7. (15%) Use the transformation
x=u/v, y=v to evaluate the double integral
∬RxydA,
where R is the region in the first quadrant(象限)bounded by the lines y=x, y=3x, and the hyperbolas xy=1, xy=3.
解答
解法一
思路
展開
- 給定的變換使 xy=u,剛好把兩條雙曲線變成簡單的直線界 u=1,3。
- 再把兩條射線 y=x、y=3x 改寫為 u,v 的關係,並算出雅可比行列式。
答題過程
展開
由 x=u/v、y=v 可得
xy=u.
因此雙曲線 xy=1、xy=3 分別化為 u=1、u=3。又第一象限內 v>0,兩條直線給出
y=xy=3x⟹v=vu⟹u=v2,⟹v=v3u⟹u=3v2.
故變換後的區域為
1≤u≤3,3u≤v≤u.
雅可比行列式為
∂(u,v)∂(x,y)=v10−v2u1=v1.
因此
∬RxydA====∫13∫u/3uu⋅v1dvdu∫13u[lnv]u/3udu∫132uln3du2ln3.