Как решаются двойные интегралы

Вычисление двойных интегралов: теория и примеры

Что значит вычислить двойной интеграл?

Записывается двойной интеграл так:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Случай прямоугольной области:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Случай криволинейной области:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Сведение двойного интеграла к повторному

Случай прямоугольной области

Пусть для такой функции существует двойной интеграл

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Чтобы вычислить этот двойной интеграл, нужно свести его к повторному интегралу, который имеет вид

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Можно и поменять ролями x и y. Тогда повторный интеграл будет иметь вид

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Пример 1. Вычислить двойной интеграл

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы,

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Решение. Сводим данный двойной интеграл к повторному интегралу

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

На чертеже строим область интегрирования:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Вычисляем внутренний (правый) интеграл, считая игрек константой. Получаем.

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Теперь вычисляем внешний (левый) интеграл от вычисленного только что внутреннего (правого):

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Результат и будет решением данного двойного интеграла.

Пример 2. Вычислить двойной интеграл

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы,

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Решение. Сводим данный двойной интеграл к повторному интегралу

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

На чертеже строим область интегрирования:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Вычисляем внутренний (правый) интеграл, считая икс константой. Получаем.

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Теперь вычисляем внешний (левый) интеграл от вычисленного только что внутреннего (правого):

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Результат и будет решением данного двойного интеграла.

Случай криволинейной или треугольной области

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Пусть для такой функции также существует двойной интеграл

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Чтобы вычислить этот двойной интеграл, нужно свести его к повторному интегралу, который имеет вид

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Точно так же можно поменять ролями x и y. Тогда повторный интеграл будет иметь вид

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Пример 3. Вычислить двойной интеграл

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы,

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Решение. Сводим данный двойной интеграл к повторному интегралу

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

На чертеже строим область интегрирования и видим, что она треугольная:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Вычисляем внутренний (правый) интеграл, считая икс константой. Получаем.

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Теперь вычисляем внешний (левый) интеграл от вычисленного только что внутреннего (правого). Сначала представляем этот интеграл в виде суммы интегралов:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Вычисляем первое слагаемое:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Вычисляем второе слагаемое:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Вычисляем третье слагаемое:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Получаем сумму, которая и будет решением данного двойного интеграла:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Пример 4. Вычислить двойной интеграл

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы,

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Решение. Сводим данный двойной интеграл к повторному интегралу

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

На чертеже строим область интегрирования:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Вычисляем внутренний (правый) интеграл, считая икс константой. Получаем.

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Теперь вычисляем внешний (левый) интеграл от вычисленного только что внутреннего (правого):

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Результат и будет решением данного двойного интеграла.

Вычислить двойной интеграл самостоятельно, а затем посмотреть решение

Пример 5. Вычислить двойной интеграл

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы,

если область D ограничена прямыми

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Пример 6. Вычислить двойной интеграл

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы,

если область D ограничена прямыми

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

x-правильная и неправильная, y-правильная и неправильная области интегрирования

Случается, область интегрирования двойного интеграла ограничена такими линиями, что возникает необходимость разбить область интегрирования на части и решать каждый соответствующий повторный интеграл отдельно. Это случаи, когда:

1) область интегрирования представляет собой фигуру, имеющую в виде нижней или верхней (левой или правой) границы две или более двух прямых или кривых линий;

2) область интегрирования представляет собой фигуру, границу которой прямые пересекают более чем в двух точках.

Если вышесказанное относится к левой или правой границе области интегрирования, то есть ограничениях, заданных линиями, выраженными через x, то область интегрирования называется x-неправильной. Если же прямая y = y 0 пересекает соответствующую границу лишь в одной точке и если границей служит лишь одна прямая или кривая, то область интегрирования называется x-правильной

Аналогично, если границу, заданную линиями, выраженными через y, прямая x = x 0 пересекает более чем в одной точке или если границей служат более одной прямой или кривой, то область интегрирования называется y-неправильной. Вывести теперь признаки y-правильной области, надо полагать, совсем просто.

До сих пор мы рассматривали примеры с x-неправильными и y-правильными областями интегрирования. Теперь рассмотрим случаи, когда условие правильности нарушается.

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Вычисляется этот двойной интеграл так:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Смена порядка интегрирования

Как уже отмечалось выше, после приведения двойного интеграла к повторному интегралу, можно поменять переменные x и y ролями, или, говоря иначе, поменять порядок интегрирования.

Пример 8. Сменить порядок интегрирования для повторного интеграла

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы(нижний) и Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы(верхний).

Таким образом, после смены порядка интегрирования повторный интеграл запишется так:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

После смены порядка интегрирования в двойном интеграле нередко область интегрирования превращается в y-неправильную или x-неправильную (см. предыдущий параграф). Тогда требуется разбить область интегрирования на части и решать каждый соответствующий повторный интеграл отдельно.

Поскольку разбиение области интегрирования на части представляет определённые трудности для многих студентов, то не ограничимся примером, приведённым в предыдущем параграфе, а разберём ещё пару примеров.

Пример 9. Сменить порядок интегрирования для повторного интеграла

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Естественно, таким же будет решение двойного интеграла, который сводится к повторному интегралу, данному в условии этого примера.

Пример 10. Сменить порядок интегрирования для повторного интеграла

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Поэтому разобьём область интегрирования на три части прямыми, которые на рисунке начерчены чёрным. Новые пределы интегрирования вычисляем, находя обратную функцию. Пределы для трёх новых областей интегрирования будут следующими.

Для Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Для Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Для Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Соответственно этому решению повторный интеграл после смены порядка интегрирования будет равным сумме трёх интегралов:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Той же сумме трёх интегралов будет равен и двойной интеграл, который сводится к повторному интегралу, данному в условии этого примера.

Пример 11. Найти пределы интегрирования двойного интеграла, если область интегрирования D задана следующим образом:

Решение. В явном виде (через x и y «без примесей») линии, ограничивающие область интегрирования, не заданы. Так как для икса ими чаще всего оказываются прямые, касающиеся в одной точке верхней и нижней границ, выраженных через игрек, то пойдём именно по этому пути. Тем более, что при смене порядка интегирования мы получим область интегрирования с такой же площадью. Разрешим неравенства относительно игрека и получим:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Теперь данный двойной интеграл можем записать как сумму двух повторных интегралов с правильно расставленными пределами интегрирования:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Вычисление площади и объёма с помощью двойных интегралов

Вычисление площади плоской фигуры с помощью двойного интеграла имеет более универсальный характер, чем вычисление площади криволинейной трапеции с помощью определённого интеграла. С помощью двойного интеграла можно вычислять площади не только криволинейной трапеции, но и фигур, расположенных произвольно по отношению к к координатным осям.

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Вычисляем внутренний (правый) интеграл:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Вычисляем внешний (левый) интеграл от вычисленного только что внутреннего (правого):

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Расставляя пределы интегрирования, получаем следующий повторный интеграл:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Вычисляем внутренний (правый) интеграл:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Вычисляем внешний (левый) интеграл от вычисленного только что внутреннего (правого):

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Так что же такое двойной интеграл?

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы,

которую назовём интегральной суммой. Диаметром области D условимся называть наибольшее расстояние между граничными точками этой области. Учитывается также наибольший из диаметров частичных областей.

Определение. Если интегральная сумма при неограниченном возрастании числа n разбиений области D и стремлении наибольшего из диаметров частичных областей к нулю имеет предел, то этот предел называется двойным интегралом от функции f(x, y) по области D.

Если областью интегрирования является окружность или часть окружности, то двойной интеграл проще вычислить в полярных координатах. Обобщением понятия двойного интеграла для функции трёх переменных является тройной интеграл.

Источник

Содержание:

Двойные и тройные интегралы

Понятие двойного интеграла

В теории определенного интеграла для нахождения площади криволинейной трапеции было введено понятие интегральной суммы, пределом которой является определенный интеграл. На основе задачи об определении объема тела мы придем к понятию двумерной интегральной суммы, предел которой называется двойным интегралом.

Пример:

Найти объем тела, ограниченного сверху непрерывной поверхностью z = f(x, у) (f(x, у) Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Тело указанного вида для краткости называется цилиндроидом. В частном случае, когда верхнее основание цилиндроида есть плоскость, параллельная нижнему основанию его, то цилиндроид называется цилиндром. Примером цилиндра служит круговой цилиндр, рассматриваемый в средней школе. Обобщая рассуждение, обычно применяемое для нахождения объема кругового цилиндра, нетрудно доказать, что объем V цилиндра с площадью основания S и высотой Н равен V = SH.

Для вычисления объема V данного цилиндроида разобьем основание его S на конечное число элементарных ячеек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы(вообще говоря, криволинейных). В каждой из этих ячеек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралывыберем точку Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыи построим прямой цилиндрический столбик с основанием Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыи высотой Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыКак решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, равной аппликате поверхности в выбранной точке.

Объем такого столбика на основании формулы объема цилиндра, очевидно, равен

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

где Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы— площадь соответствующей ячейки. Сумма объемов этих цилиндрических столбиков представляет собой объем ступенчатого тела, приближенно заменяющего данное криволинейное тело, причем аппроксимация является, вообще говоря, тем более точной, чем меньше диаметры ячеек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы. Поэтому объем нашего цилиндроида приближенно выразится суммой

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Формула (2) дает возможность найти объем V с любой степенью точности, если число ячеек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыдостаточно велико и линейные размеры их весьма малы. Обозначим через d1 диаметр ячейки Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыт. е. наибольший линейный размер ее. Точнее говоря, под диаметром d ограниченной замкнутой (т. е. с присоединенной границей) фигуры Ф (дуги, площадки и т. п.) понимается длина наибольшей ее хорды АВ, где Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы(рис. 246).

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Из данного определения следует, что фигура Ф, имеющая диаметр d, целиком помещается внутри круга радиуса d, описанного из любой ее точки С как из центра. Поэтому если Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, то фигура Ф «стягивается в точку». Аналогично определяется диаметр пространственного тела.

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

— наибольший из диаметров ячеек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыПредполагая, что в формуле (2) число ячеек п неограниченно возрастает Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, причем диаметр наибольшей из них становится сколь угодно малым Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, в пределе получаем точную формулу для объема цилиндроида

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Здесь мы для удобства ячейки и их площади обозначаем одинаковыми буквами. Разница между ними видна из контекста.

Ячейки Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыможно предполагать замкнутыми.

Точнее говоря, по определению под объемом цилиндроида понимается предел (3), если он существует.

Выражение, стоящее в правой части формулы (3), называется двойным интегралом от функции f(x, у), распространенным на область S, и обозначается следующим образом:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Поэтому для объема цилиндроида окончательно имеем

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Обобщая конструкцию, примененную для вычисления объема цилиндроида, приходим к следующим определениям.

Определение: Двумерной интегральной суммой (2) от данной функции f(x9 у)> распространенной на данную область S, называется сумма парных произведений площадей элементарных ячеек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыобласти S на значения Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыфункции f(x, у) в выделенных точках этих ячеек (рис. 247).

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Определение: Двойным интегралом (4) от функции f(x, у), распространенным на данную область S, называется предел соответствующей двумерной интегральной суммы (2) при неограниченном возрастании числа п элементарных ячеек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыи стремлении к нулю их наибольшего диаметра d при условии, что этот предел существует и не зависит от способа дробления области S на элементарные ячейки Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыи выбора точек в них.

В формуле (4) у) называется подынтегральной функцией, S — областью интегрирования, a dS — элементом площади. Справедлива следующая теорема:

Теорема: Если область S с кусочно-гладкой границей Г ограничена и замкнута, а функция f(x, у) непрерывна в области S, то двойной интеграл

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

существует, т. е. предел соответствующей двумерной интегральной суммы существует и не зависит от способа дробления области S на элементарные ячейки Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, и выбора точек в них.

В дальнейшем мы будем предполагать, что условия этой теоремы выполнены.

В формуле (6) нет необходимости указывать, что Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, так как из Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, очевидно, следует Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Если f(x, у) Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы0, то двойной интеграл (6) представляет собой объем прямого цилиндроида, построенного на области S как на основании и ограниченного сверху поверхностью z = f(x, у) (геометрический смысл двойного интеграла).

Так как значение двойного интеграла не зависит от вида элементарных ячеек, то в дальнейшем при решении задач мы будем использовать это обстоятельство, выбирая наиболее подходящие сетки. Весьма часто удобной оказывается прямоугольная сетка, образованная пересечением двух систем прямых, параллельных соответственно координатным осям Ох и Оу (рис. 248). В этом случае элементарными ячейками Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыявляются прямоугольники со сторонами, равными Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, за исключением, возможно, ячеек, примыкающих к границе Г.

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Чтобы подчеркнуть использование прямоугольной сетки, в обозначении интеграла (4) полагают

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

(двумерный элемент площади в прямоугольных координатах), причем

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

где Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыи сумма (8) распространяется на все значения i и для которых Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы(можно показать, что непрямоугольные ячейки, примыкающие к кусочно-гладкой границе Г, не влияют на значение предела (8)).

В следующих параграфах мы рассмотрим основные способы вычисления двойного интеграла.

Здесь мы применяем двойную индексацию ячеек, указывая отдельно номер i вертикальной полосы и номер j горизонтальной полосы, содержащих данную ячейку, подобно тому, как на билете в кино отмечается номер ряда и номер места.

Двойной интеграл в прямоугольных декартовых координатах

Предположим для определенности, что область интегрирования S представляет собой криволинейную трапецию (рис. 249);

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Пример:

Расставить пределы интегрирования в двойном интеграле

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

если область интегрирования 5 есть круговое кольцо, ограниченное окружностями Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы(Г) (рис. 257). Область S не является стандартной. Для расстановки пределов интегрирования в интервале (13) разбиваем область S на четыре стандартные относительно оси OY области Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыкак указано на рисунке. Используя уравнение окружностей

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Аналогичная формула получится, если мы будем расставлять пределы интегрирования в другом порядке.

Двойной интеграл в полярных координатах

Пусть в двойном интеграле

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

при обычных предположениях мы желаем перейти к полярным координатам г и ф, полагая

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Область интегрирования S разобьем на элементарные ячейки Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыс помощью координатных линий Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы(окружности) и ф Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы(лучи) (рис. 258).

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Так как окружность перпендикулярна (ортогональна) радиусам, то внутренние ячейки Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыс точностью до бесконечно малых высшего порядка малости относительно их площади можно рассматривать как прямоугольники с измерениями Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы; поэтому площадь каждой такой ячейки будет равна

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Что касается ячеек AS^ неправильной формы, примыкающих к границе Г

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

области интегрирования S, то эти ячейки не повлияют на значение двойного интеграла и мы их будем игнорировать.

В качестве точки Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыдля простоты выберем вершину ячейки Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыс полярными координатами Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы. Тогда декартовы координаты точки Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыравны

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Двойной интеграл (1) представляет собой предел двумерной интегральной суммы, причем можно показать, что на значение этого предела не влияют добавки к слагаемым интегральной суммы, являющиеся бесконечно малыми высшего порядка малости. Поэтому, учитывая формулы (3) и (3′), получаем

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

где d — максимальный диаметр ячеек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыи сумма распространена на все ячейки указанного выше вида, целиком содержащиеся в области S. С другой стороны, величины суть числа и их можно рассматривать как прямоугольные декартовы координаты некоторых точек плоскости Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы. Таким образом, сумма (4) является интегральной суммой для функции

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

соответствующая прямоугольной сетке с линейными элементами Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы. Следовательно,

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Выравнивая формулы (4) и (5), получаем окончательно

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

называется двумерным элементом площади в полярных координатах. Итак, чтобы в двойном интеграле (1) перейти к полярным координатам, достаточно координаты х и у заменить по формулам (2), а вместо элемента площади dS подставить выражение (7).

Для вычисления двойного интеграла (6) его нужно заменить повторным. Пусть область интегрирования S определяется неравенствами

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

где Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы— однозначные непрерывные функции на отрезке Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы(рис. 259). Тогда по аналогии с прямоугольными координатами имеем

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Пример:

Переходя к полярным координатам Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, вычислить двойной интеграл

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

где S — первая четверть круга радиуса R = 1 с центром в точке О (0, 0) (рис. 260).

Так как Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, то, применяя формулу (6), получаем

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Область S определяется неравенствами Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы. Поэтому на основании формулы (8) имеем

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Пример:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

перейти к полярным координатам.

Область интегрирования здесь есть треугольник S, ограниченный прямыми у=0, у = х, х = 1 (рис. 261).

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

В полярных координатах уравнения этих прямых записываются следующим образом: Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыи, следовательно, область S определяется неравенствами

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Отсюда на основании формул (6) и (8), учитывая, что Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, имеем

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Интеграл Эйлера—Пуассона

С помощью полярных координат можно просто вычислить важный для теории вероятностей интеграл Эйлера— Пуассона

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Так как определенный интеграл не зависит от обозначения переменной интегрирования, то, очевидно, можно также записать

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Перемножая формулы (1) и (2) и учитывая, что произведение этих однократных интегралов можно рассматривать как двойной интеграл от произведения подынтегральных функций, будем иметь

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

где область S определяется неравенствами

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

и, следовательно, представляет собой первый квадрант координатной плоскости Оху (рис. 262).

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Переходя в интеграле (3) к полярным координатам, получим

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Отсюда, учитывая положительность числа Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, находим

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

В силу четности функции Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыимеем также

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

что представляет собой площадь, ограниченную осью Ох и кривой Гаусса Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы(см, рис. 120).

Теорема о среднем

Пусть функция f(x, у) непрерывна в ограниченной замкнутой области Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы— соответственно наименьшее и наибольшее значения функции f(x, у) в области S.

Для двумерной интегральной суммы этой функции, распространенной на область S, имеем оценки

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

где Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы— площадь области S. Отсюда, переходя к пределу при Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыв неравенствах (1) и учитывая существование двойного интеграла, получаем

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

называется средним значением функции Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыв области S. Из неравенств (2) вытекает, что Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

Формулу (3) можно переписать в следующем виде:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы. Таким образом, двойной интеграл равен среднему значению подынтегральной функции, умноженной на площадь области интегрирования.

Не нужно думать, что формула (4) дает универсальный способ вычисления двойного интеграла. Дело в том, что, как правило, среднее значение функции определяется через двойной интеграл. Поэтому реальный смысл здесь имеет оценка (2).

Пример:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

где S — квадрат Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Для функции f(x, у) = Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыимеем

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Так как S = 1, то Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы= 1,41. Можно принять

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Эта оценка грубая, так как точное значение интеграла есть

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Более точное значение интеграла I получится, если область интегрирования S разбить на достаточно мелкие части и к каждой из них применить теорему о среднем.

Геометрические приложения двойного интеграла

Прямой цилиндроид, построенный на основании S в координатной плоскости Оху и ограниченный сверху непрерывной поверхностью z = f(x, у), имеет объем, равный

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Пример:

Найти объем Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралытела, ограниченного поверхностями

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Решение:

Искомое тело имеет своим основанием треугольник S на плоскости Оху у образованный линиями Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы,и ограничено сверху параболическим цилиндром Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы(рис. 263). Отсюда на основании формулы (1) получим

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Если в формуле (1) положить

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

то получим объем прямого цилиндра с высотой Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, численно равный площади S его основания. Поэтому площадь плоской области S равна

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Формулу (2) можно записать также в виде

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Пример:

Найти площадь, ограниченную гиперболами Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы(а > 0) и прямыми х = 1, х = 2 (рис. 264).

Решение:

На основании формулы (2) получим, что площадь S равна

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыКак решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Физические приложения двойного интеграла

Пусть S — материальная пластинка. Если Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыесть часть пластинки S, содержащая точку М и имеющая массу Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, то отношение

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

называется средней поверхностной плотностью куска Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыа предел этого отношения при условии, что диаметр Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, называется поверхностной плотностью р(М) пластинки S в точке М:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Очевидно, поверхностная плотность р(М) пластинки S есть функция точки М. Понятия средней поверхностной плотности пластинки и поверхностной плотности пластинки в данной точке

вполне аналогичны понятиям средней линейной плотности дуги и линейной плотности дуги в точке, введенным.

Положим, что поверхностная плотность пластинки S в текущей точке М(х, у) равна Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, где Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы— известная непрерывная функция. Рассмотрим бесконечно малый элемент dS пластинки, содержащий точку М (рис. 265). Так как в пределах этого элемента пластинку можно считать однородной с плотностью р, то масса элемента dS (элементарная масса) равна

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Интегрируя выражение (1) по всей пластинке S, находим массу пластинки

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Рассматривая dm как материальную точку, удаленную от осей координат Ох и Оу на расстояния у их, получим элементарные статические моменты пластинки

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Отсюда, интегрируя эти выражения по всей пластинке S, находим статические моменты пластинки S относительно координатных осей

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

В механике доказывается, что статический момент пластинки относительно какой-нибудь оси совпадает со статическим моментом точечной массы, равной массе пластинки, сосредоточенной в центре масс ее относительно той же оси (теорема Вариньона). Отсюда, обозначая через (х0, у0) координаты центра масс пластинки S, будем иметь

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

где Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы— масса (2) пластинки.

Аналогично, для элементарных моментов инерции пластинки S относительно осей координат Ох и Оу получаем выражения

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Отсюда после интегрирования по пластинке S будем иметь моменты инерции пластинки S относительно координатных осей

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Элементарный полярный момент инерции определяется формулой

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

где Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы— квадрат расстояния массы dm от начала координат. Интегрируя последнее выражение по пластинке S, получаем полярный момент пластинки

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Из формул (5) и (6) следует, что

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Полагая Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыв формулах моментов, получим соответствующие моменты инерции геометрической фигуры S. Напомним, что при вычислении в декартовых прямоугольных координатах, как обычно, принимается dS = dx dy, а в случае полярных координат имеем Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Пример:

Определить координаты центра масс квадратной пластинки S:Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, поверхностная плотность которой в точке Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыравна р = х + у.

Решение:

Пользуясь формулой (2), находим массу пластинки

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

По формуле (3) определяем статические моменты пластинки S относительно координатных осей:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Равенство моментов Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыможно было предвидеть ввиду симметрии задачи.

На основании формул (4) центр масс пластинки S имеет координаты

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Пример:

Найти момент инерции Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыкруга S: Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы(рис. 266) относительно оси Ох.

Решение:

Полагая р = 1, на основании первой формулы (5) имеем

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Задачу будем решать в полярных координатах. Имеем

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Уравнение границы Г области S есть

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Отсюда, переходя к полярным координатам, получаем Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы. Следовательно, после сокращения на несущественный множитель г имеем

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

причем так как Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, то Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыКак решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыТаким образом, при каждом фиксированном Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралырадиус г меняется в пределах ОКак решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыПереходя к полярным координатам в формуле (8), получаем

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыКак решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как известно, Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыпоэтому

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Понятие о тройном интеграле

По аналогии с двойным интегралом определяется так называемый тройной интеграл. Пусть в декартовом пространстве Охуz задана конечная замкнутая область V и f(x, у, z) — ограниченная функция, определенная в V. Разобьем область V на конечное число ячеек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыи в каждой из них выберем точку

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

где Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы— объем i-й ячейки, называется трехмерной интегральной суммой.

Обозначим через d наибольший из диаметров ячеек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы. Будем произвольным способом неограниченно измельчать ячейки Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы. Тогда предел интегральной суммы (1) при Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, если этот предел существует и не зависит от формы ячеек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыи выбора точек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыв них, называется тройным интегралом

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

от функции Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, распространенным на область V, и обозначается следующим образом:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Доказывается, что если подынтегральная функция Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралынепрерывна в замкнутой ограниченной области интегрирования V с кусочно-гладкой границей, то тройной интеграл (2) существует.

Если область V заполнена массой и Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыпредставляет собой непрерывно распределенную объемную плотность в текущей точке Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, то Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыгде Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыс точностью до бесконечно малой высшего порядка малости относительно максимального объема ячеек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыесть масса ячейки Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы. Следовательно, интегральная сумма (1) приближенно равна массе т, заполняющей область V. При Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыполучаем, что предел суммы Sn будет равен массе т. Отсюда выводим физический смысл тройного интеграла: если Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыесть непрерывная плотность распределения массы в пространстве Oxyz, то тройной интеграл

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

представляет собой массу, заполняющую область интегрирования V. В частности, если плотность f(x, у, z) Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы1, то масса области V численно равна ее объему. Поэтому объем области V выражается тройным интегралом

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Если вычисление тройного интеграла (2) ведется в прямоугольных координатах х, у, z, то в качестве ячеек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралывыбирают прямоугольные параллелепипеды с измерениями Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыграни которых параллельны координатным плоскостям, т. е. полагают

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

В этом случае элемент объема dV считают равным

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

(элемент объема в прямоугольных координатах) и тройной интеграл (2) записывают в следующем виде:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

В частности, для объема тела получаем формулу

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

В простейшем случае вычисление тройного интеграла (6) сводится к трем квадратурам. А именно, пусть область интегрирования Г стандартна относительно оси Oz, т. е. ограничена снизу и сверху соответственно однозначными непрерывными поверхностями

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

причем проекция области V на координатную плоскость Оху есть плоская область S (рис. 268).

Отсюда следует, что при фиксированных значениях (х, у) 6 S соответствующие аппликаты z точек области V изменяются в пределах Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыПо аналогии с двойным интегралом будем иметь

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Если, кроме того, проекция S стандартна относительно оси Оу и определяется неравенствами

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

где Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы— однозначные непрерывные функции на отрезке Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы, то

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Из формул (7) и (8) получаем окончательно

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Таким образом, вычисление тройного интеграла сводится к трем квадратурам.

Заметим, что если область интегрирования V стандартна относительно всех трех координатных осей Ох, Оу и Oz, то пределы интегрирования для тройного интеграла (6) можно расставить 3! = 6 различными способами.

Пример:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

где V — пирамида OPQR, ограниченная следующими плоскостями:

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Решение:

Проекция области V на координатную плоскость Оху есть треугольник S, ограниченный прямыми

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

При Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыаппликаты точек Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыудовлетворяют неравенству Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыПоэтому

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Расставляя пределы интегрирования для треугольника S, получаем

Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы

Число I представляет собой массу пирамиды V, если плотность ее в текущей точке Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралыравна Как решаются двойные интегралы. Смотреть фото Как решаются двойные интегралы. Смотреть картинку Как решаются двойные интегралы. Картинка про Как решаются двойные интегралы. Фото Как решаются двойные интегралы.

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *