Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Matematikaliq analiz oqiw qollanba

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
10.08.2024
Размер:
7.89 Mб
Скачать

 

 

 

 

f (x, y, z)dxdxydz = V ( (x, y, z) V : m f (x, y, z) M )

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

boladı.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Úsh eseli integrallardı esaplaw. Úsh eseli integrallardı esaplaw formulaları

integrallaw kópliktiń kórinisine qarap túrlishe boladı.

 

 

 

 

 

 

а) Meyli f (x, y, z) funkciya R3

keńisliktegi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V = {( x, y, z) R3 : a x b, c y d , p z q}

 

kóplikte úzliksiz bolsın. Onda

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

d

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x, y, z)dxdydz = [ ( f (x, y, z) dz)dy]dx

(2)

 

 

 

 

 

V

a

c

p

 

 

 

 

 

boladı.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

Meyli R3

keńisliktegi V

kóplik

pásten

z =

1

(x, y) ,

joqarıdan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z =

2

(x, y)

betlik,

(bunda D R2 kóplik

V denenıń

 

X 0Y

tegisliktegi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

proekciyası) penen shegaralanǵan kóplik bolsın. Eger

V da

 

f (x, y, z) úzliksiz,

1 (x, y)

hám 2 (x, y) funkciyalar D da úzliksiz bolsa, onda

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ( x, y )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x, y, z)dz

 

 

(3)

 

 

 

 

 

f (x, y, z)dxdydz =

dxdy

 

 

 

 

 

V

 

D

1 ( x, y )

 

 

 

 

boladı.

в) Meyli б) daǵı D kóplik

 

 

D ={( x, y) R2 : a x b, (x) y

2

(x)}

 

 

 

 

1

 

bolıp, 1

hám 2

funkciyalar [a,b] да úzliksiz bolsın. Onda

 

 

b 2 ( x) 2

( x, y)

 

 

 

f (x, y, z)dxdydz = [

(

f (x, y, z) dz)dy]dx

 

V

a 1 ( x)

1 ( x, y)

 

 

boladı.

1-mısal. J = (x + y + z)dxdydz integraldı esaplań, bunda

V

V= {( x, y, z) R3 : 0 x 1,0 y 3,0 z 2} .

Joqarıdaǵı (2) formuladan paydalanıp berilgen integraldı esaplaymız:

310

1

3 2

 

 

 

 

 

1

3

 

 

 

 

z

2

 

z=2

1 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[ ( (x + y + z)dz)dy]dx = [ (xz + yz +

 

 

 

 

 

) dy]dx = [ 2(x + y +1)dy]dx =

 

 

2

0 0 0

 

 

 

 

 

0 0

 

 

 

 

 

 

z=0

0 0

 

1

 

 

 

y

2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2(xy +

 

+ y) yy==30 dx = (6x +15)dx =18 . ►

 

 

 

 

0

 

 

2

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-mısal. z 2 dxdydz

 

 

integraldı

 

 

 

 

esaplań,

bunda V – tómendegi

 

 

 

(V )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z =

 

x2 + y2 konus hám z = h tegislikler menen shegaralanǵan kóplik.

 

 

V nıń XOY tegisliktegi proekciyası

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D ={( x, y) R2 : x2 + y 2 h2 }

 

 

 

boladı. (3) formuladan paydalansaq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

h

3

 

 

 

1

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J =

z 2 dz dxdy =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x2 + y

2 )2 dxdy .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

3

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

2

+ y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bul integralda

x = r cos ,

y = r sin

almastırıp, esaplasaq

J =

2 h

h3

1

 

r

3

 

 

d =

1

h

5

. ►

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

3

 

rdr

 

5

 

 

0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17.4. Úsh eseli integrallarda ózgeriwshilerdi almastırıw

Meyli

f (x, y, z) funkciya V R3 kóplikte berilgen hám úzliksiz bolsın.

Meyli

 

 

 

 

 

 

x = (u, v, w),

 

 

 

y = (u, v, w),

 

 

 

z = (u, v, w)

sistema R3 kóplikti V kóplikke sáwlelendiredi. Onda

f (x, y, z)dzdydz = f ( (u, v, w), (u, v, w), (u, v, w))

 

J

 

dudvdw

 

 

V

 

311

boladı, bunda

 

 

dx

 

dx

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

du

 

dv

 

dw

J =

 

dy

 

dy

 

dy

du

 

dv

 

dw

 

 

 

 

 

 

dz

 

dz

 

dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

du

 

dv

 

dw

boladı.

а) Dekart koordinataları x, y, z cilindrlik koordinatalar p, , z ǵa ótiw

 

x = p cos ,

 

y = p sin ,

 

z = z ,

(0 p + , 0 2 ,

z + ) formulalar járdeminde ámelge

asırıladı (45-sızılma).

 

z

0

y

y

p

x

45-sızılma

Bul almastırıwdıń yakobian J = p bolıp,

f (x, y, z)dxdydz = f (p cos ,

p sin , z)pdpd dz

V

 

 

boladı.

312

z

p

0

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

46-sızılma

 

 

б) Dekart koordinataları x, y, z sferalıq koordinatalar p, , ǵa ótiw

 

 

x = p sin cos ,

 

 

y = p sin sin ,

 

 

 

z = p cos

 

 

(0 p + , 0 2 , 0 ) formulalar arqalı ámelge asırıladı (46-

sızılma) almastırıw yakobianı J = p 2 sin bolıp,

f (x, y, z)dxdydz = f (p sin cos , p sin sin , p cos )p2 sin dpd d

V

V

 

 

 

 

boladı.

 

 

 

 

 

3-mısal. zdzdydz integraldı esaplań. Bunda V tómendegishe

 

V

 

 

 

 

 

 

x2 + y 2

=

z 2

 

(h 0)

 

 

r 2

h2

 

 

 

 

konustıń joqarı bólegi hám z = h tegislik penen shegaralanǵan kóplik.

Berilgen integralda ózgeriwshinı

x= p cos ,

y = p sin ,

313

 

 

 

 

 

z = z

 

 

 

 

almastıramız

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 + y2

=

z 2

 

p2

=

z 2

z =

h

p ,

 

r 2

h2

r 2

h2

r

 

 

 

 

 

 

(0 p r, 0 2 , 0 ).

Nátiyjede

 

r

 

 

 

h

 

 

2

zdxdydz =

 

pzdz

V

0

 

0

 

h

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d dp

 

 

 

 

 

boladı. Keyingi integraldı

r

2

 

z 2

z=h

 

 

r 2 h2

 

h2

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

d dp =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p2

pd

 

dp =

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2r

 

 

 

 

0

0

 

 

 

z=

h

p

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h2 r 2 r

 

 

 

 

 

 

 

 

p2 r

h2 r 2

 

 

 

=

 

 

2

 

(r 2 p2 )pdp = h2

 

 

 

=

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

Demek,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J =

h2 r 2

. ►

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4-mısal. J = (x2 + y 2

+ z 2 )dxdydz integraldı esaplań, bunda V

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 + y 2 + z 2 r 2

 

 

 

 

 

 

shardan ibarat.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bul integralda

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = psin cos ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = p sin sin ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z = p cos

 

 

 

 

 

 

 

 

almastırıp tabamız. Onda x2

+ y 2 + z 2

= p2 ,

J = p 2 sin bolıp,

 

 

 

 

 

 

 

0 p r, 0 2 , 0

 

 

boladı. Nátiyjede berilgen integral

314

J = (x2

r

 

2

 

 

+ y 2 + z 2 )dxdydz =

p2 p2 sin d d dp

V

0

0

0

 

 

bolıp, bunnan

r

 

2

 

 

r

 

 

r

4 r 5

p4 sin d d dp = (p4 sin 2 )d dp = 4 p4 dp =

 

.

5

0

0

0

 

 

0

0

 

0

 

Demek, J = 4 r 5 . ►

5

17.5. Eseli integraldıń qollanıwları

Tegis figuranıń maydanı. Tegislikte maydanǵa iye bolǵan D figura berilgen bolsın. Bul figuranıń maydanı

D = dxdy

(1)

D

boladı.

Mısal. Tegisliktıń birinshi shereginde

x2 + y 2 = 2ax , y 2 = 2ax , x = 2a ( a 0`) sızıqlar menen shegaralanǵan figuranıń maydanın tabıń.

Bul figura 42-sızılmada keltirilgen. x

D

0

a

2a

y

42-sızılma

315

(1) formuladan figuranıń maydanı

D = dxdy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D = (x, y) R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

bolıp,

bunda

 

: 0 x 2a, 2ax x2

 

 

Integraldı

 

y

 

2ax

esaplap

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a

 

2ax

 

2a

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

16 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

2

 

D = (

 

dy)dx = ( 2ax

 

2ax x

)dx =

a

a

=

a

. ►

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

2

 

 

6

 

 

 

 

2axx

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Denenıń kólemi. R3

keńislikte Dekart koordinatalar sistemasında jaylasqan

V deneni qaraymız. Bul

dene

joqarıdan

z = f (x, y)

 

betlik, qaptal tárepten

jasawshıları Oz kósherine parallel cilindrlik betlik hám

tómennen X 0Y

tegisliginde shegaralanǵan tuyıq

D kóplik penen shegaralanǵan dene bolsın.

Bunda

f (x, y) funkciyanı D da úzliksiz dep qaraymız.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D kópliktıń P = D1, D2 ,..Dn bólekleniwin alayıq. Onda

 

 

 

 

 

 

mk

= inf f (x, y) : (x, y) Dk , M k

= sup f (x, y) : (x, y) Dk

 

 

bar boladı boladı. Bunda

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = mk Dk , B = M k Dk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =1

 

 

 

k =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qosındılar sáykes túrde V deneniń ishine jaylasqan

A kópjaqlınıń kólemi, V

deneni óz ishine alǵan B kópjaqlınıń kólemi bolıp,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

boladı. D kóplikti túrli bólekleniwler nátiyjesinde payda bolǵan A hám B kópliklerdıń shegaralanǵanlıǵınan sup A , inf B lardıń bar bolıwınan kelip shıǵadı. f (x, y) funkciya tuyıq D kóplikte úzliksiz. Demek, ol D da teń ólshewli úzliksiz. Onda 0 alǵanda hám sonday 0 tabılıp, D kópliktnıń p bolǵan qálegen

P = D1 , D2 ,..Dn

bólekleniwi ushın hár bir Dk da ( k =1,2,3,...n ) funkciyanıń terbeliwi

M k mk D

316

teńsizlikti qanaatlandıradı. Usılardı esarqa alıp

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

n

 

inf B Sup A B A = M k Dk

mk Dk =

 

= (M k mk ) Dk

 

k =1

 

 

 

 

 

k =1

 

Dk = D = .

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =1

 

 

 

 

D

 

D

 

 

 

 

Demek,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 inf B sup A .

 

 

 

 

Keyingi qatnastan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

inf B = sup A

 

 

 

 

kelip shıǵadı. Bunnan V dene kólemge iye bolıp hám onıń kólemi V nıń

 

 

V = inf B = sup A

 

 

 

(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ekenligin bildiredi. Bunnan sup B = f (x, y)dxdy , inf A = f (x, y)dxdy

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

hám (2) teńlikke kóre

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x, y)dxdy = f (x, y)dxdy = f (x, y)dxdy

(3)

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

boladı. (2) hám (3) den

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V = f (x, y)dxdy

 

 

 

(4)

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kelip shıǵadı.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-mısal. Keńislikte

x 2 + y 2 + z 4 = 0

betlik

hám z = 0 tegislik penen

shegaralanǵan denenıń kólemin tabıń.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bul dene 43-sızılmada keltirilgen bolıp, D XoY tegislikteǵi x2 + y 2

4

dóńgelekten ibarat.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

317

z

4

2

0

2

y

x

 

 

 

 

43-sızılma

 

Betliktıń teńlemesin z = 4 x 2 y 2

kórniste

jazıp, (4) formuladan

paydalanıp

 

 

 

V = (4 x 2

y 2 )dxdy ,

(5)

 

D

 

 

bunda

D= (x, y) R 2 : x2 + y 2 4 ,

(5)integralda ózgeriwshilerdi x = r cos , almastırıp esaplasaq

y = r sin

4 x2 y 2 = 4 r 2 , J (r, ) = r , 0 r 2 , 0 2 ,

 

2 2

2

 

r

4

 

 

(4 x2 y 2 )dxdy = ( (4 r 2 )rdr)d = (2r 2

 

 

)02 d = 8

 

 

 

D

0 0

0

4

 

 

Demek, denenıń kólemi V = 8 teń.

 

 

 

 

 

 

Betliktıń maydanı. Meyli tegislikte

maydanǵa iye

 

bolǵan D

z = f (x, y)

funkciya berilgen bolıp, ol usı kóplikte úzliksiz f x (x, y) ,

.

kóplikte f y (x, y)

tuwındılarǵa iye bolsın. Bul funkciyanıń grafigi R3 keńislikte S betlik (44– sızılma) ańlatılǵan.

318

z

4

S

0

y

x

44– sızılma

Bunday betliktıń maydan túsinigi hám onı eki eseli integral arqalı

 

 

 

 

S =

1 + f x 2 (x, y)+ f y 2 (x, y)dxdy

(6)

(D )

 

 

 

tabıladı.

3-mısal. Tiykarınıń radiusı r , biyikligi h ǵa teń dóńgelek konustıń qaptal

betin tabıń.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Konus betlik

z =

 

 

 

x2 + y 2

 

 

teńleme menen ańlatıladı. (6) formulaǵa

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kóre konustıń qaptal beti

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S =

 

1 + (zx

2 (x, y))2

+ (zy

2 (x, y))2 dxdy

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

boladı, bunda

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D = {( x, y) R 2 : x2 + y 2 r 2 } .

 

Eger

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z =

h

 

 

 

x

 

 

, z

=

h

 

 

 

y

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

r

 

x2 + y 2

 

 

y

 

r

 

x2 + y 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

319