设D是由x轴y轴和直线x+y=1所围成的平面闭区域比较二重积分i1=∫∫Dx+ydσ与i2=∫∫Dx+y^2 dσ的大小
首先画出区域D:
由于D是关于直线x+y=1对称的,因此可以将D沿着直线x+y=1对称地分成两个部分,如下图所示:
考虑在左下角的三角形区域上进行积分,然后再将结果乘以2。
对于二重积分:
$$ i_1=\iint_D(x+y)d\sigma $$
在左下角的三角形区域D'上,有$x\in[0,1-y]$,$y\in[0,1]$,因此可以将i1改写为:
$$ i_1=2\iint_{D'}(x+y)dxdy $$
对于二重积分:
$$ i_2=\iint_D(x+y)^2d\sigma $$
同样地,在左下角的三角形区域D'上,有$x\in[0,1-y]$,$y\in[0,1]$,因此可以将i2改写为:
$$ i_2=2\iint_{D'}(x+y)^2dxdy $$
现在的问题就是比较二重积分$\iint_{D'}(x+y)dxdy$和$\iint_{D'}(x+y)^2dxdy$的大小。
注意到对于任意的$x,y$,有$(x+y)^2\geq x+y$,因此$(x+y)^2$的积分值一定大于$(x+y)$的积分值,即:
$$ \iint_{D'}(x+y)^2dxdy\geq \iint_{D'}(x+y)dxdy $$
因此有:
$$ i_2=2\iint_{D'}(x+y)^2dxdy\geq 2\iint_{D'}(x+y)dxdy=i_1 $$
综上所述,$i_2\geq i_1$,即$\int\int_D(x+y)^2d\sigma$的积分值大于$\int\int_D(x+y)d\sigma$的积分值
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