🧭 導讀:積分前,先學會「看形狀」
在工程裡,二重積分真正難的不是算,而是:
▶︎ 積分範圍怎麼訂?
▶︎ 先對 x 積還是先對 y 積?工程師的第一步永遠是:
👉 先看區域長什麼樣,再決定掃描方式。
🧩 一、直角座標下的二重積分基本形式
在區域 R 上的總量:
∬ᴿ f(x, y) dA
其中面積微元:
dA = dx·dy
🧭 二、兩種掃描寫法(先掃 x 或先掃 y)
✅ 若先對 x 積分(內層 x、外層 y)
想像「用垂直線」掃過整個區域:
∫ᵧ₌ₐᵇ [ ∫ₓ₌g₁(y)ᵍ₂(y) f(x, y) dx ] dy
工程直覺:
• 外層 y:決定你掃到哪一條水平位置
• 內層 x:描述該位置上 x 的可行範圍
✅ 若先對 y 積分(內層 y、外層 x)
想像「用水平線」掃過整個區域:
∫ₓ₌cᵈ [ ∫ᵧ₌h₁(x)ʰ₂(x) f(x, y) dy ] dx
工程直覺:
• 外層 x:決定你掃到哪一條垂直位置
• 內層 y:描述該位置上 y 的可行範圍
🔬 三、最常見的矩形區域(上下限是常數)
若區域是矩形:
a ≤ x ≤ b
c ≤ y ≤ d
則可直接寫:
∬ᴿ f(x, y) dA
= ∫ᵧ₌cᵈ [ ∫ₓ₌aᵇ f(x, y) dx ] dy
工程直覺:
✔ 上下限不會跟著變,最單純。
🛰️ 四、常見非矩形區域(上下限是函數)
很多工程區域不是矩形,會像這樣:
0 ≤ y ≤ 1
0 ≤ x ≤ y
這代表:
• y 先決定在 0 到 1 的哪一層
• 每一層的 x 範圍從 0 到 y(會變)
因此寫成:
∫ᵧ₌₀¹ [ ∫ₓ₌₀ʸ f(x, y) dx ] dy
工程直覺:
👉 內層上下限常常是「函數」,因為掃描線的長度會跟位置改變。
🧠 五、工程師實戰流程(最重要)
1️⃣ 先畫出區域 R(草圖即可)
2️⃣ 決定掃描方向(垂直掃 or 水平掃)
3️⃣ 寫內層上下限(掃描線的範圍)
4️⃣ 寫外層上下限(掃描到哪裡停止)
5️⃣ 最後才做計算
🧾 六、工程版一句話總結
直角座標二重積分的關鍵在於:
先看區域,再寫積分。
🧠 七、本單元你應該建立的直覺
✔︎ 積分順序可交換(只要區域能完整掃過)
✔︎ 上下限來自幾何形狀(不是背公式)
✔︎ 先畫圖比先算重要(先範圍,後計算)
✏️ 八、數學練習題:直角座標下寫出積分式(解答緊貼題目)
區域 R:
0 ≤ y ≤ 2
0 ≤ x ≤ y
分佈函數:
f(x, y) = x
(1)寫出二重積分式
✅ 解答:
總量 = ∬ᴿ x dA
= ∫ᵧ₌₀² [ ∫ₓ₌₀ʸ x dx ] dy
(2)計算總量
✅ 解答:
先對 x 積分:
∫ₓ₌₀ʸ x dx = [ ½x² ]₀ʸ = ½y²
再對 y 積分:
∫ᵧ₌₀² ½y² dy
= ½[ y³/3 ]₀²
= ½(8/3)
= 4/3
因此:
👉 總量 = 4/3
🎯 本題想建立的工程直覺
✔ 面不是一次算完,是「掃描累積」
✔ 範圍不是硬背,是從區域形狀讀出來
✔ 寫對上下限,就已完成一半工程分析