Пример 6.
Найти площадь области D, ограниченной линиями , , .
Решение. Известно, что площадь области D может быть найдена по формуле
Область D, площадь которой требуется найти в задаче, изображена на рисунке 10.
Очевидно, эта область является правильной в направлении оси Ох. Значит, выбираем порядок интегрирования «no dy - no dx»:
.
Проекция области D на ось Оу есть отрезок [0;1], т.к. координаты точки А пересечения линий и равны (1;1) (проверьте!). Линия “входа” есть , запишем это уравнение в виде . Линия “выхода” , запишем это уравнение в виде . Тогда
(кв.ед.).
Пример 7.
Найти объем тела, ограниченного поверхностями , y=1, y+z=2, z=0.
Решение.
Известно (стр.2), что объем цилиндрического тела, основанием которого служит область D плоскости хОу, ограниченного сверху поверхностью z=f(x,y), может быть найден по формуле .
Построим заданное тело. Поверхностями, ограничивающими его, являются: z=0 – плоскость хOу; y=1 – плоскость параллельная плоскости хOz; y+z=2 – плоскость, параллельная оси Oх; - параболический цилиндр, образующие которого параллельны оси Oz, а направляющей служит парабола в плоскости хOу. Значит, тело, объём которого требуется найти, имеет вид, изображённый на рисунке 11,а. Очевидно, это тело – цилиндрическое.
Снизу тело ограничено областью D плоскости хОу (рис.11б), а сверху – частью плоскости y+z=2 (и значит, z=f(x,y)=2–y). Тогда
(куб ед.).
Пример 8. Плоская область D ограничена линиями y=1, y=-2, x=1, x=-1 . По области распределена масса так, что плотность ее в каждой точке области равна произведению квадратов координат этой точки. Найти:
а) массу области D;
б) координаты центра масс области D;
в) момент инерции области D относительно оси Ох.
Решение. а) Известно, что если плотность массы области переменная и равна , то массу m этой области можно найти с помощью двойного интеграла по формуле
.
Область D, ограниченная линиями x=-1, x=1, y=-2, y=1, изображена на рисунке 12. Плотность массы этой области, по условию, равна .
Тогда
б) Координаты центра масс плоской области находятся по формулам
Рисунок 12
, .
где Sx и Sy - статические моменты области D относительно осей Ох и Oу соответственно, m – масса области, -плотность массы.
Найдем статические моменты области относительно осей координат
А так как масса области D равна 2, то , , значит, центр масс данной области находится в точке .
в) Моменты инерции области D относительно осей и начала координат вычисляются по формулам
, ,
,
где – плотность массы области D. Значит, в нашем случае
.