Математический анализ для проведения консультаций. Учебно-методическое пособие
.pdf
1 |
y |
2xex2 y dx. |
б) dy |
||
0 |
0 |
|
Ответ: 15 (5e 8) .
5. Вычислите двойной интеграл по изображенной области.
5.1.(3x 2 y)dxdy
D
Ответ: 18.
5.2.xdxdy
D
Ответ: 83 . 6. Вычислить
а) xydxdy , |
D : x y 2; |
x2 y2 |
2 y ; x 0 . |
|
D |
|
|
|
|
Ответ: |
1 . |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
11
б) |
xdxdy |
, |
D : y x tg x; y x . |
|||||
2 2 |
||||||||
D x |
y |
|
|
|
|
|
||
Ответ: |
2 |
. |
|
|
|
|
||
32 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
7. Укажите полярные координаты ( , ) точки, заданной в декарто- |
||||||||
вых координатах. |
|
|||||||
а) M 3 |
3; 3 . |
|||||||
Ответ: |
|
5 |
; |
6 |
|
|||
|
6 |
|
. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) M(0; 2). |
|
|
||||||
Ответ: |
|
3 |
; |
2 |
|
|||
|
2 |
|
. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8. Задайте изображенную область неравенствами в полярной системе координат.
8.1.
Ответ: 0 |
|
, |
1 2cos . |
|
3 |
|
|
8.2. |
|
|
|
Ответ: 23 , 1 cos cos .
12
9. Перейдите от двойного интеграла f (x, y)dxdy по изображенной
D
области к повторному в полярных координатах. 9.1.
3 |
4 |
|
Ответ: 2 |
||
d f ( cos , sin ) d . |
||
|
2 |
|
2 |
|
|
9.2. |
|
|
5 |
2 |
|
Ответ: |
4 |
|
|
d f ( cos , sin ) d . |
|||
|
0 |
0 |
|
10. Перейдите к полярным координатам в интеграле f (x, y)dxdy |
|||
|
|
|
D |
по области, заданной неравенствами или уравнениями границ. |
|||
10.1. D : x2 y2 |
2x, y 0. |
||
Ответ: |
0 |
2 cos |
|
|
d |
f ( cos , sin ) d . |
|
|
|
0 |
|
|
2 |
|
|
13
10.2. D : x2 y2 y, x 0.
0 |
|
sin |
|
Ответ: |
d |
|
f ( cos , sin ) d . |
|
|
0 |
|
2 |
|
|
|
10.3. D : x2 y2 ax ; x2 y2 by ; a 0, b 0.
Ответ:
arctg |
a |
|
|
bsin |
|
||
|
|
||||||
|
|
b d |
|
f ( cos , sin ) d |
|||
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
a cos |
||||
|
2 |
|
|||||
|
d |
|
f ( cos , sin ) d . |
||||
arctg |
a |
|
0 |
|
|||
b |
|
|
|||||
11. Вычислите интеграл, перейдя к полярным координатам:
|
|
xdxdy |
, |
D : x2 |
ay; |
x2 y2 |
2a2 ; |
y 0 (x 0, a 0) . |
|
2 2 |
|||||||
D x y |
|
|
|
|
|
|||
Ответ: |
a (2 ln 2) . |
|
|
|
|
|||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
12. Найдите площади фигур, ограниченных заданными кривыми:
а) y2 6 y x2 0; y x; y2 10 y x2 0, y x.
Ответ: 8 16 .
б) cos a ; 2a (меньшая часть круга).
Ответ: |
a |
2 |
4 |
|
3 |
|
|
|
|
3 |
. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
в) y2 a2 ax ; y a x .
Ответ: 92 a2 .
14
13. Найдите объем тела, ограниченного поверхностями: a) z x2 y2 ; x y 4; x 0; y 0; z 0 .
Ответ: 42 23 .
б) x2 y2 z2 4a2 ; x2 y2 a2 (вне цилиндра).
Ответ: 4 3a3 .
15
3.ТРОЙНОЙ ИНТЕГРАЛ С ПРИМЕРАМИ РЕШЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
1.В прямоугольной декартовой системе координат
Вычислите величину электрического заряда с объемной плотностьюx y z , расположенного в пирамиде V, ограниченной плоскостью
x y z 1 0 и координатными плоскостями x 0, у 0, z 0 .
Величина этого электрического заряда определяется с помощью тройного интеграла
|
|
|
|
1 |
|
1 x |
1 x y |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
(x y z)dxdydz dx |
dy |
|
(x y z)dz |
||||||||||
|
|
V |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 x |
xz yz z2 / 2 1 x y dy |
|
1 |
1 |
y |
|
2 xy2 y2 / 3 10 x dx |
|||||||
dx |
|
|
yx |
||||||||||||
0 |
0 |
|
|
0 |
|
2 |
0 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
|
3x2 |
|
x4 |
1 |
|
||
|
|
|
|
(2 3x x3 ) dx |
|
2x |
|
|
|
|
|
|
. |
||
|
|
6 |
|
2 |
4 |
8 |
|||||||||
|
|
|
0 |
6 |
|
|
|
|
0 |
|
|||||
2. В цилиндрической системе координат |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
2.1. Найдите |
объем тела, ограниченного снизу параболоидом |
||||||||||||||
z (x2 |
y2 )h , а |
сверху – плоскостью z h . Объем этого тела V про- |
|||||||||||||
ектируется на круг в плоскостиOxy , а величина объема определяется следующим образом:
|
|
|
|
|
2 |
h |
|
|
h |
2 |
|
h |
|
|
2 |
|
|
V dxdydz d d dz |
d d |
dz |
|
d |
h |
|
|
d |
|||||||||
V |
V |
|
|
|
0 |
0 |
|
|
2 /h |
0 |
|
0 |
|
h |
|
|
|
2 h 2 |
|
4 |
h |
h3 |
|
h3 2 |
|
|
h3 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
d |
2 |
d |
2 |
. |
|
|
|
|
|||||
0 |
2 |
|
4h |
0 |
|
|
4 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.2.Найдите массу тела с заданной объемной плотностью
играницами:
|
|
x2 y2 z, |
x2 y2 z2 , |
x 0, |
y 0, 35yz . |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
2d |
z |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
d d 35 sin z dz 35 sin d |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
0 |
0 |
2 |
|
|
0 |
|
5 |
0 |
7 |
2 |
|
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
35 |
( cos )0 /2 |
1 |
|
35 |
(1) |
|
|
35 |
7 5 |
1. |
||||||||||
2 |
2 ( 2 3 )d |
2 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
35 |
|
||||||||
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
7 |
|
2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. В сферической системе координат
Найдите массу тела с заданной объемной плотностью и грани-
цами.
3.1. Найдитемассутеласобъемнойплотностью 32z , ограниченного поверхностями:
|
x2 y2 z2 1, |
x2 y2 z2 , |
x 0, |
y 0, |
z 0 . |
|||||||||
|
1 |
|
|
|
|
32 4 |
|
1 |
|
|
|
|
||
2 |
|
4 |
|
|
|
4 |
|
|
d |
|||||
d |
d d 2 sin 32cos |
|
2 |
4 |
|
|
sin cos |
|||||||
0 |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
1 1 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
04 |
(cos |
cos0) |
. |
||||||||
|
4 2 |
sin 2 d cos 2 |
2 |
|||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3.2. Найдите массу тела с объемной плотностью 5y , ограниченного поверхностями:
|
|
x2 y2 4z, x2 y2 4, |
x 0, |
y 0, |
|
|
|||||||||||||
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
2 |
||
2 |
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|||||
d |
d |
5 sin dz 5 sin d |
2d |
|
|
|
|||||||||||||
0 |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
4 |
|
0 |
|||
|
|
|
5 ( cos ) |
|
2 |
4d |
5 |
5 |
|
2 |
32 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
8. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
4 |
|
|
0 |
0 |
|
4 5 |
|
0 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
17
3.3. Найдите координаты центра масс верхней половины шара ради-
усом R c центром в начале координат, т. е. (xc , yc , zc ) . Этот полушар |
|
ограничен поверхностью zc |
R2 x2 y2 и плоскостью z 0 . |
В силу симметрии полушара xc 0, yc 0 , а координата zc опреде- |
|
ляется следующим образом: |
|
|
|
|
zdxdydz |
|
zdxdydz |
||||
z |
c |
|
V |
|
V |
|
|
. |
|
dxdydz |
2 |
R |
3 |
||||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
V |
|
3 |
|
|
||
Тогда в сферической системе эта координата вычисляется следующим образом:
|
2 |
/2 |
|
R |
|
|
R4 1 |
|
||
|
|
d |
sin cos d 3d |
|
2 |
3 R. |
||||
zc |
0 |
0 |
|
0 |
|
4 |
2 |
|
||
|
|
2 |
R3 |
2 |
|
|
||||
|
|
|
|
R3 |
8 |
|||||
|
|
|
3 |
|
|
3 |
|
|
|
|
Ответ: xc 0, yc 0, zc 3R / 8.
18
4. КРИВОЛИНЕЙНЫЕ ИНТЕГРАЛЫ. ФОРМУЛА ГРИНА
1. Найдите длины дуг следующих кривых.
1.1. |
y 2x3/2 , |
1 |
x 8 . |
|
|
|
|
|
|
3 |
9 |
|
|
Ответ: |
38 . |
|
|
|
|
|
|
|
27 |
|
|
|
|
|
x 4 3t2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.2. |
|
2 t3 , |
|
t 1; 2 |
2 |
. |
y |
|
|||||
|
|
4 3t2 , |
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: 37. |
|
|
|
|
||
1.3. |
x aet cost ; |
y aet |
sin t ; z aet от точки O(0, 0, 0) до точки |
|||
A(a, 0, a) ; a 0 .
Ответ: a 3 .
2. Вычислите криволинейные интегралы первого рода.
2.1. x2dl , L – верхняяполовинаокружностимеждуточками A(a,0)
L
и B( a,0) .
Ответ: |
1 |
a3 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
x |
|
|
|
y |
|
a |
(a 0) . |
2.2. xydl , L – контур квадрата |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
||||||||
L
Ответ: 0.
19
2.3. (x z)dl , |
L – дуга кривой x t , y 3t2 ; z t3 ; 0 t 1. |
|||||||||
L |
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|||
Ответ: |
|
|
56 |
. |
|
|||||
54 |
|
|
||||||||
|
|
|
7 1 |
|
||||||
3. Вычислите криволинейные интегралы второго рода. |
A(0, a) до |
|||||||||
3.1. xdy , |
|
где L – правая полуокружность от точки |
||||||||
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
точки B(0, a) . |
|
|
|
|
|
|||||
Ответ: |
1 a2 . |
|
|
|
|
|||||
|
2 |
|
|
|
|
x2 |
|
|
||
3.2. (x y)dx , L: y |
от точки O(0, 0) до точки A(2, 2) . |
|||||||||
|
||||||||||
L |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||
Ответ: |
10 . |
|
|
|
|
|
||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
||
3.3. ydx zdy xdz , L – прямаяотточки O(0, 0, 0) доточкиC(a, a, a) .
|
L |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Ответ: |
a |
2 |
. |
|
|
|
||||||
2 |
|
|
|
|
||||||||
4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
{х, у, х у 2} при перемещении |
||
Вычислите работу силы F |
||||||||||||
точки вдоль отрезка прямой из точки А(0, 0, 0) в точку B(1, 2, –1). |
||||||||||||
Ответ: –1. |
|
|
|
|
|
|||||||
5. |
Выберите интегралы, не зависящие от пути интегрирования на |
|||||||||||
плоскости (x, y) или в пространстве (x, y, z) : |
||||||||||||
а) |
ydx xdy zdz ; |
|||||||||||
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
(3x2 |
1) ydx (x3 x)dy ; |
||||||||||
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в) ( y z)dx (x z)dy (x y)dz ; |
||||||||||||
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г) |
cos ydx xsin ydy ; |
|||||||||||
|
L |
1 |
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
д) |
|
dx |
|
dy ; |
||||||||
|
|
|
||||||||||
|
L |
y |
|
|
|
|
y2 |
|||||
20
