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). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||