极坐标系下的二重积分

在极坐标系中,当时,往往如下来划分

  • 作一些以点(极点)为中心的同心圆及从点出发的射线,这些同心圆、射线的交线会构造出一些小,其中完整包含在内的小可用来近似,即下图左侧中的个蓝色
  • 增加同心圆及射线,可增加蓝色的个数,也就是增大了,这样会得到更好的近似效果,如下图右侧所示

个蓝色闭区域来近似区域

越大近似效果越好

观察其中的某个小,如下图左侧所示,可以看到这是一个小扇环,设其两侧边长为,圆心角为。该小扇环可看作圆心角为、半径分别为的两个同心的大、小扇形之差,如下图右侧所示。

小扇环

放大观察小扇环

由上图右侧可知有,令,由于小扇环是两个大、小扇形之差,所以其面积可计算如下:

在极坐标系中,是过小扇环的一段圆弧,在该圆弧上、小扇环内选择一点,如下图所示。

在圆弧上、小扇环内选择一点

设该点在直角坐标系下的坐标为,根据直角坐标系和极坐标的关系有:

所以在极坐标系下,可以改写如下:

所以此时的也可记作:

其中的称为 极坐标中的面积元素

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