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105 台灣大學微積分(C) 第 6 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分C

105學年度 · 105台大微積分C · 第 6 題

題目

6. Let RR be the region enclosed by y=xy=x, y=x−2y=x-2, y=1y=1 and y=0y=0.

(a) (10%)(10\%) Let AA be the area of RR. A=(9)‾A=\underline{\quad(9)\quad}.

(b) (5%)(5\%) The double integral ∬Rx−y dxdy=(10)‾\iint_R \sqrt{x-y}\,\mathrm{d}x\mathrm{d}y=\underline{\quad(10)\quad}.

解答

解法一

思路

展開
  • 對固定的 y∈[0,1]y\in[0,1],兩條斜線給出 xx 的範圍 y≤x≤y+2y\le x\le y+2。
  • 區域寬度固定為 22,面積可直接得出;同一組界線也直接用於二重積分。

答題過程

展開

由 y=xy=x 與 y=x−2y=x-2 分別改寫成 x=yx=y、x=y+2x=y+2,故

R={(x,y)∣0≤y≤1, y≤x≤y+2}.R=\{(x,y)\mid 0\le y\le1,\ y\le x\le y+2\}.

(a) 面積

每一水平截線的寬度為 (y+2)−y=2(y+2)-y=2,所以

A=∫012 dy=2.A=\int_0^1 2\,\mathrm{d}y=\boxed{2}.

(b) 二重積分

以 u=x−yu=x-y 看被積分函數,內層的上下限恰好使 uu 從 00 到 22:

∬Rx−y dxdy= ∫01∫yy+2x−y dx dy= ∫01[23(x−y)3/2]x=yx=y+2 dy= ∫0123⋅23/2 dy= 423.\begin{align*} \iint_R\sqrt{x-y}\,\mathrm{d}x\mathrm{d}y =&\,\int_0^1\int_y^{y+2}\sqrt{x-y}\,\mathrm{d}x\,\mathrm{d}y\\[4mm] =&\,\int_0^1\left[\frac23(x-y)^{3/2}\right]_{x=y}^{x=y+2}\,\mathrm{d}y\\[4mm] =&\,\int_0^1\frac23\cdot2^{3/2}\,\mathrm{d}y\\[4mm] =&\,\boxed{\frac{4\sqrt2}{3}}. \end{align*}