Материал: 2216

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

0 2 ;

V*: 0 1;

0 z 1.

x2 y2 dxdydz 2 cos2 2 sin2 d d dz

V

 

V*

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

1

1

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 d d dz d

3 d dz 2

 

 

 

.

4

 

V*

0

0

0

 

0

2

 

Тройной интеграл в сферических координатах.

zM (x, y ,z)

k

j

0

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6

 

 

 

M x, y,z – декартовы координаты.

 

 

Пусть ПрOxyM P,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OM

R; OPOX ;

OM OZ .

M R, , – сферические

 

 

 

 

 

R 0;

 

 

координаты (рис. 6).

0 2 ;

0 , т.е.

всегда

 

рассматривается

в полуплоскости

OZ,M .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формулы перехода:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как

OP

 

OM

cos

 

 

 

Rsin , и

пользуясь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

формулами (3), имеем:

x Rsin cos ;

y Rsin sin ; R2 sin 0.

z Rcos ;

(8)

 

sin cos

 

Rcos cos

Rsin sin

 

 

sin sin

 

Rcos sin

Rsin cos

 

 

cos

 

Rsin

 

0

 

 

 

 

 

 

cos cos

sin sin

 

 

 

 

 

 

 

R2 cos

 

cos sin

sin cos

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

sin cos

sin sin

 

 

 

 

 

 

 

sin sin

sin cos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2 sin cos2 sin3 R2 sin .

Всилу формул (5) имеем тройной интеграл в сферических координатах:

f x, y,z dxdydz f * R, , R2 sin dRd d .

V

V*

 

 

 

 

 

(9)

 

 

 

 

 

 

Пример.

z dxdydz, где

 

 

 

 

 

Вычислить

– шаровой

сектор,

 

V

 

 

 

 

 

ограниченный сферой x2 y2 z2 1

и конусом x2 y2

z2

0.

Образующая конуса составляет с осью Oz углы в

 

(рис.7).

 

 

 

 

 

4

 

 

 

z

 

 

 

 

0

y

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7

 

 

Так

как

x 0;

 

y z

биссектриса

 

2 z2

 

 

x2 y

0;

 

 

координатных углов.

0 R 1;

 

 

 

 

*: 0

 

;

4

 

 

0 2 .

Согласно формулам (8), (9) имеем:

z dxdydz Rcos R2 sin dRd d

V

 

 

 

 

V*

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

4

 

 

 

 

 

2

 

R4

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 cos2

 

 

R3dR sin cos d d

 

 

 

 

0

4

4

4

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

 

cos0

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

8

2

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложения тройного интеграла

Тройные интегралы позволяют:

1. Вычислить объемы и массу пространственных тел.

Взадаче №3 лекции №9 масса пространственной области V

сизвестной функцией распределения плотности x, y,z

определяется по формуле

M x, y,z dxdydz.

V

(10)

Формула (10) выражает физический смысл тройного интеграла. Если в формуле (10) положить x, y,z 1, то получим формулу для вычисления объема пространственной области V :

V dxdydz.

V

(11)

Перейдя к цилиндрическим и сферическим координатам, получим соответственно:

V d d dz

V*

11

– объем в цилиндрических координатах,

V R2 sin dRd d

V*

11

в сферических координатах.

2.Центры тяжести и моменты инерции пространственных

тел.

Имеют место формулы:

 

 

 

 

x x, y,z dxdydz

 

 

 

 

 

V

 

 

xc

 

 

 

;

 

x, y,z dxdydz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

y x, y,z dxdydz

 

 

 

 

 

V

 

y

 

 

;

c

x, y,z dxdydz

 

 

 

 

V

z x, y,z dxdydz

 

 

V

 

zc

 

.

x, y,z dxdydz

 

 

 

 

 

V

 

(12)

 

 

 

y2 x, y,z dxdydz;

JOx x2

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

z2 x, y,z dxdydz;

JOy

 

V

 

 

 

 

 

y

2

x

2

x, y,z dxdydz.

JOz

 

 

V

(13)

Пример.

Найти центр тяжести однородного многогранника

( x, y,z const), ограниченного плоскостями x 1;

y 1;

z 0;

y z 2 0 (рис. 8).

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

1

4

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

9

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 x 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 y 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 z 2 y.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dxdydz VD1

3

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

2 y

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

3

 

 

xdxdydz xdx dy dz

 

 

 

 

2 y dy

 

 

2y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

V

0

0

0

 

2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

0

 

 

 

 

 

1

1

 

2 y

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y3 1

 

2

 

 

 

ydxdydz dx ydy dz

 

 

 

 

y 2 y dy y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

2

 

 

 

 

3

 

V

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

0

 

 

 

 

 

 

1

 

1

2 y

1

1

 

 

2 y 2

 

 

 

 

 

2 y 3 1

 

7

 

zdxdydz dx dy zdz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

6

V

0

 

0

0

 

2

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

xc

3 4

 

1

; yc

 

2 3

 

4

; zc

 

7 6

 

7

; C

1

;

4

;

7

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 2 2

 

3 2 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 2 9

 

 

 

2 9 9

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция № 13. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ИНТЕГРАЛЫ

 

 

 

 

 

 

 

Зададим

в

пространстве

 

 

 

 

кусок

гладкой

 

поверхности

F x, y,z 0

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вектор-функцию

a P x, y,z i Q x, y,z j R x, y,z k ,

 

определенную

 

 

 

во

 

всех

точках куска поверхности (рис. 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Источник: https://studfile.net/preview/16408273/