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108 台聯大微積分(A3/A4/A7) 第 3 題

考題 / 轉學考微積分 / 台聯大 / 微積分A3/A4/A7

108學年度 · 108微積分A3/A4/A7 · 第 3 題

題目

Problem

甲、填充題:共 8 題,每題 8 分,共 64 分。請在答案卷上列出題號依序作答。

  1. Find the average value of the function f(x,y)=e−x2f(x,y)=e^{-x^2} over the plane region RR where RR is the triangle with vertices (0,0)(0,0), (1,0)(1,0), and (1,1)(1,1). Answer : \underline{\quad(1)\quad}

解答

解法一

思路

  • 二變數函數在區域 RR 的平均值是 1Area⁡(R)∬Rf dA\dfrac1{\operatorname{Area}(R)}\iint_R f\,\mathrm{d}A。
  • 先把三角形寫成 0≤y≤x≤10\leq y\leq x\leq1;因函數只含 xx,內積分會直接給出一個 xx。

答題過程

三角形區域為 0≤x≤10\leq x\leq1、0≤y≤x0\leq y\leq x,面積為 12\frac12。因此

favg= 11/2∫01∫0xe−x2 dy dx= 2∫01xe−x2 dx= −e−x2∣01=1−e−1.\begin{align*} f_{\mathrm{avg}} =&\,\frac1{1/2}\int_0^1\int_0^x e^{-x^2}\,\mathrm{d}y\,\mathrm{d}x\\[4mm] =&\,2\int_0^1xe^{-x^2}\,\mathrm{d}x\\[4mm] =&\,\left.-e^{-x^2}\right|_0^1 =1-e^{-1}. \end{align*}

故平均值為 1−e−1\boxed{1-e^{-1}}。