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高等数学(电子版)

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直角坐标系中的计算方法

这里我们采取的方法是累次积分法。也就是先把x看成常量,对y进行积分,然后在对x进行积分,或者是先把y看成常量,对x进行积分,然后在对y进行积分。为此我们有积分公式,如下:

在这里我们可能会有这个问题:累次积分的上下限是怎么确定的呢? 累次积分上下限的确定方法

我们先来对区域作些补充说明:如果经过区域(σ)内任意一点(即不是区域边界上的点)作平行于y轴(或x轴)的直线,且此直线交(σ)的边界不超过两点,那末称(σ)为沿y轴(x轴)方向的正规区域.如果(σ)即是沿y轴方向也是沿x轴方向的正规区域,那末(σ)就称为正规区域.下图所示的即为正规区域:

关于累次积分上下限的取法如下所述:

(1).如果(σ)为沿y轴方向的正规区域,那末二重积分可化为先对y再对x的累次积分.其中对y的积分下限是(σ)的下部边界曲线所对应的函数y1(x),积分上限是上部边界曲线所对应的函数y2(x).对x的积分下限与上限分别是(σ)的最左与最右点的横坐标a与b.

(2).如果(σ)为沿x轴方向的正规区域,那末二重积分可化为先对x再对y的累次积分.其中对x的积分下限是(σ)的左部边界曲线所对应的函数x1(y),积分上限是右部边界曲线所对应的函数x2(y).对y的积分下限与上限分别是(σ)的最低与最高点的横坐标c与d.

(3).如果(σ)为正规区域,那末累次积分可以交换积分次序。

(4).如果(σ)既不是沿y轴方向的正规区域,也不是沿x轴方向的正规区域,那末总可以把它化分成几块沿y轴方向的正规区域或沿x轴方向的正规区域,然后根据积分的性质即可求解积分.

例题:求二重积分,其中(σ)是由所围成的区域。

解答:因为是正规区域,所以我们可先对y后对x积分,也可先对x后对y积分。这里我们采用前者 先对y后对x积分:

极坐标系中的计算法

如果二重积分的被积函数和积分区域(σ)的边界方程均由极坐标的形式给出,那末我们如何计算呢?下面我们给出极坐标系中二重积分的计算公式.

如果极点O在(σ)的外部,区域(σ)用不等式表示为R1(θ)≤ρ≤R2(θ),α≤θ≤β,则积分公式如下:

如果极点O在(σ)的内部,区域(σ)的边界方程为ρ=R(θ),0≤θ≤2π,则积分公式如下:

如果极点O在(σ)的边界上,边界方程为ρ=R(θ),θ1≤θ≤θ2,则积分公式如下:

有了上面这些公式,一些在直角坐标系中不易积出而在极坐标系中易积出的函数,我们就可以把它转化为在极坐标系中的积分即可,反之依然。 注:直角坐标与极坐标的转换公式为:

例题:求,其中(σ)是圆环a≤x+y≤b

2222

解答:由于积分域由同心圆围成以及被积函数的形式,显然,这个二重积分化为极坐标计算比较方便。

把下:

,dσ=ρdρdθ代入,即可转化为极坐标系的积分形式。如

在对其进行累次积分计算:

三重积分及其计算法

二重积分的被积函数是一个二元函数,它的积分域是—平面区域.如果考虑三元函数f(x,y,z)在一空间区域(V)上的积分,就可得到三重积分的概念。 三重积分的概念

设函数u=f(x,y,z)在空间有界闭区域(V)任意划分成n个子域(△V1),(△V2),(△V3),…,(△Vn),它们的体积分别记作△Vk(k=1,2,…,n).在每一个子域上任取一点

,并作和数

如果不论△Vk怎样划分,点数的极限都存在,那末此极限就称为函数

怎样选取,当n→+∞而且最大的子域直径δ→0时,这个和

在域(V)上的三重积分,记作:

即:

如果f(x,y,z)在域(V)上连续,那末此三重积分一定存在。

对于三重积分没有直观的几何意义,但它却有着各种不同的物理意义。 直角坐标系中三重积分的计算方法

这里我们直接给出三重积分的计算公式,具体它是怎样得来的,请大家参照有关书籍。 直角坐标系中三重积分的计算公式为:

此公式是把一个三重积分转化为一个定积分与一个二重积分的问题,根据我们前面所学的结论即可求出。

例题:求,其中(V)是由平面x=0,y=0,z=0及x+y+z=1所围成的区域.

解答:把I化为先对z积分,再对y和x积分的累次积分,那末应把(V)投影到xOy平面上,求出投影

域(σ),它就是

平面x+y+z=1与xOy平面的交线和x轴、y轴所围成的三角区域.

我们为了确定出对z积分限,在(σ)固定点(x,y),通过此点作一条平行于z的直线,它与(V)上下边界的交

点的竖坐标:z=0与z=1-x-y,这就是对z积分的下限与上限,于是由积分公式得:

其中(σ)为平面区域:x≥0,y≥0,x+y≤1,如下图红色阴影部分所示:

再把(σ)域上的二重积分化成先对y后对x的累次积分,得:

柱面坐标系中三重积分的计算法

我们先来学习一下空间中的点用极坐标的表示方法。

平面上点P可以用极坐标(ρ,θ)来确定,因此空间中的点P可用数组(ρ,θ,z)来表示.显然,空间的点P与数组(ρ,θ,z)之间的对应关系是一一对应关系,数组(ρ,θ,z)称为空间点P的柱面坐标.它与直角坐标的关系为:

构成柱面坐标系的三族坐标面分别为:

ρ=常数:以z轴为对称轴的同轴圆柱面族, θ=常数:通过z轴的半平面族,

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直角坐标系中的计算方法这里我们采取的方法是累次积分法。也就是先把x看成常量,对y进行积分,然后在对x进行积分,或者是先把y看成常量,对x进行积分,然后在对y进行积分。为此我们有积分公式,如下:或在这里我们可能会有这个问题:累次积分的上下限是怎么确定的呢?
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