将区域分为第一象限半径为 2 的四分之一圆盘 D1,及第二象限的三角形 D2={(x,y):−2≤x≤0,0≤y≤x+2}。两者只在零面积线段相交。
被积函数在原点未定义,但其值在其余点介于 0 与 2 之间,单点赋值不影响积分。令 x=rcosθ,y=rsinθ,则 (x2+y2)(x−y)2=1−sin2θ。
在 D1 上,0≤θ≤2π,0≤r≤2,所以
I1=2∫02π(1−sin2θ)dθ=2[θ+2cos2θ]02π=π−2.
在 D2 上,2π≤θ≤π。直线 y=x+2 化为 r=(sinθ−cosθ)2,分母在此角度区间恒正。又因 (sinθ−cosθ)2=1−sin2θ,径向积分后恰好约去该因子:
I2=∫2ππ(1−sin2θ)(sinθ−cosθ)22dθ=∫2ππ2dθ=π.
故 I=I1+I2=2π−2。
也可拆项。区域面积为 ∣D∣=π+2,由 (x2+y2)(x−y)2=1−2x2+y2xy,有 I=π+2−2K,其中 K=∬Dx2+y2xydxdy;原点任意赋值不影响积分。
将区域分成第一象限四分之一圆盘与第二象限三角形,极坐标下分别得
K1=∫02πsin2θdθ=1,K2=∫2ππ1−sin2θsin2θdθ.
对 K2 令 φ=θ−43π,则 1−sin2θ=2cos2φ,故
K2=∫−4π4π(21sec2φ−1)dφ=[2tanφ−φ]−4π4π=1−2π.
因此 K=2−2π,I=π+2−2(2−2π)=2π−2。