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数学
题目

关于二重积分的定义,以下哪些说法正确?A. 二重积分的被积函数必须是连续的B. 二重积分可以表示曲面下的体积C. 二重积分的积分区域可以是不连通的D. 二重积分只能用于计算平面区域的面积

关于二重积分的定义,以下哪些说法正确?

A. 二重积分的被积函数必须是连续的

B. 二重积分可以表示曲面下的体积

C. 二重积分的积分区域可以是不连通的

D. 二重积分只能用于计算平面区域的面积

题目解答

答案

BC
B. 二重积分可以表示曲面下的体积
C. 二重积分的积分区域可以是不连通的

解析

本题考查二重积分的定义及相关性质,解题思路是根据二重积分的定义和性质,对每个选项逐一进行分析判断。

  • 选项A:
    二重积分的定义并不要求被积函数必须是连续的。根据二重积分的定义,设 $f(x,y)$ 是有界闭区域 $D$ 上的有界函数,将区域 $D$ 任意分成 $n$ 个小闭区域 $\Delta\sigma_1,\Delta\sigma_2,\cdots,\Delta\sigma_n$,其中 $\Delta\sigma_i$ 表示第 $i$ 个小闭区域,也表示它的面积,在每个 $\Delta\sigma_i$ 上任取一点 $(\xi_i,\eta_i)$,作乘积 $f(\xi_i,\eta_i)\Delta\sigma_i$($i = 1,2,\cdots,n$),并作和 $\sum_{i = 1}^{n}f(\xi_i,\eta_i)\Delta\sigma_i$,如果当各小闭区域的直径中的最大值 $\lambda$ 趋于零时,这和的极限总存在,且与闭区域 $D$ 的分法及点 $(\xi_i,\eta_i)$ 的取法无关,那么称此极限为函数 $f(x,y)$ 在闭区域 $D$ 上的二重积分。即使函数 $f(x,y)$ 不连续,只要满足一定条件(如在 $D$ 上可积),二重积分依然存在。所以选项A错误。
  • 选项B:
    当被积函数 $z = f(x,y)\geq0$ 时,二重积分 $\iint_{D}f(x,y)d\sigma$ 的几何意义是曲顶柱体的体积,其中曲顶柱体的顶是曲面 $z = f(x,y)$,底是 $xOy$ 平面上的闭区域 $D$。当 $f(x,y)$ 有正有负时,二重积分表示的是 $xOy$ 平面上方的体积减去 $xOy$ 平面下方的体积。所以二重积分可以表示曲面下的体积,选项B正确。
  • 选项C:
    二重积分的积分区域可以是不连通的。例如,设 $D = D_1\cup D_2$,其中 $D_1$ 和 $D_2$ 是两个不相交的闭区域,那么 $\iint_{D}f(x,y)d\sigma=\iint_{D_1}f(x,y)d\sigma+\iint_{D_2}f(x,y)d\sigma$。所以积分区域可以是不连通的,选项C正确。
  • 选项D:
    当被积函数 $f(x,y)=1$ 时,二重积分 $\iint_{D}1\cdot d\sigma=\iint_{D}d\sigma$ 表示积分区域 $D$ 的面积,但二重积分的应用不仅仅局限于计算平面区域的面积,还可以用于计算质量、重心、转动惯量等物理量。所以选项D错误。

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