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

Практикум з вищої математики

.pdf
Скачиваний:
22
Добавлен:
08.06.2015
Размер:
1.69 Mб
Скачать

Із рівняння конуса маємо:

 

 

 

 

 

 

 

z =

 

x

 

,

z =

 

y

 

.

 

 

 

 

 

 

x

x2 + y2

 

 

y

x2 + y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S = ∫∫

1+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dxdy =

∫∫

 

 

1+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

dxdy

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

+ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

+ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

+ y

 

 

x

 

+ y

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2cosϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

ρ 2

 

2cosϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

2

∫∫dxdy =

 

 

2

∫∫ρdρdϕ =

 

2

dϕ

ρ dρ =

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dϕ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

+ cos2ϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2

 

 

2 cos2 ϕ dϕ = 2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dϕ =

2 ϕ

+

 

 

 

sin2ϕ

 

 

 

 

=

 

 

2π (кв.од.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Простіші обрахунки шуканої площі можна провести враховуючи,

що∫∫dxdy

– це площа області

D , яка дорівнює

Sкруга = πR2 . R=1, тому

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sкруга = π (кв.од.). Отже,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S = ∫∫

 

1+

 

 

 

x2

 

 

 

+

 

 

 

y2

 

dxdy =

 

 

 

 

 

Sкруга =

 

 

 

 

 

 

π (кв.од.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

∫∫dxdy =

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

x

2 + y

2

 

x

2 + y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приклад 5. Знайдіть центр ваги однорідної пластинки (γ =1), обмеженої кривою y = cosϕ, π2 x π2 та віссю Ox .

Розв’язання.

Внаслідок симетрії пластинки відносно осі Oy маємо xc = 0. Для знаходжен-

ня yc скористаємось формулою

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫ydxdy

 

M x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

c

=

D

=

. У даному випадку

 

 

 

 

 

 

 

∫∫dxdy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-2

 

 

 

 

 

2 x

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

π

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y cosx,

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D = 0

2

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обчислимо M x, m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

π

 

 

π

 

 

π

 

 

 

 

2

cos x

2

cos2 x

 

2

 

2

 

 

 

 

M x =

dx

ydy =

 

dx =

(1+ cos2x)dx = (1+ cos2x)dx =

 

2

 

 

π

0

 

 

π

 

π

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

2

 

 

2

 

 

 

 

20

π

=

1

(x +

1 sin 2x)

 

2

=

π .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

2

 

π

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

cos x

π

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

π

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

2

 

M x

 

 

4

 

π

 

m = dx

dy = cosxdx = sin x

 

= 2 . Тоді yc =

 

=

=

.

 

 

m

2

8

π

 

0

π

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0;

π

 

 

 

 

 

Отже, центр ваги даної пластинки міститься в точці

8

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачі для самостійного розв’язування

3.1. Обчисліть площі фігур, які обмежені заданими лініями: а) y = 2 x, y2 = 4x + 4 ;

б) y2 = 2x, y2 = 4x x2 (поза параболою); в) 5x2 = 9y, 3y2 = 25x ;

г) y = cos x, y = cos2x, y = 0 (площа ближньої від початку координат фігури); д) ρ = 2 cosϕ, ρ = 2 (поза кардіоїдою);

е) ρ = 2(1+ cosϕ), ρ = 2cosϕ .

3.2. Обчисліть об’єми тіл, які обмежені заданими поверхнями: а) x2 + y2 = 8,x = 0, y = 0,z = 0,x + y + z = 4;

б) x2 + y2 = z, y = x2, y =1, z = 0;

в) z = 4 x2,2x + y = 4,x = 0, y = 0,z = 0; г) z = 5x, x2 + y2 = 9, z = 0 ;

д) x + y + z = 6, 3x + 2y =12,3x + y = 6, y = 0, z = 0 ; е) z = x + y +1, y2 = x,x =1, y = 0, z = 0 .

3.3.Знайдіть площу частини поверхні y = x2 + z2, яка вирізана циліндром x2 + z2 =1 і розташована в першому октанті.

3.4.Знайдіть площу тієї частини площини z = x, яка розташована всередині циліндра x2 + y2 = 4 вище площини z = 0.

3.5.Обчисліть площу поверхні конуса x2 y2 z2 = 0, яка розташована

всередині циліндра x2 + y2 =1.

3.6. Знайдіть площу поверхні циліндра z = x2 , яка вирізана площинами x + y = 2, x = 0, y = 0.

21

3.7.Обчисліть площу поверхні циліндра x2 + z2 = 4 , яка розташована всередині циліндра x2 + y2 = 4.

3.8.найдіть центр ваги площі, яка обмежена параболами y2 = x, x2 = y .

3.9.Визначте координати центра ваги площадки, яка обмежена лініями y = x2, y = 2x2, x =1, x = 2.

3.10.Знайдіть центр ваги площі, яка обмежена однією петлею кривої

ρ= asin2θ .

3.11.Знайдіть центр ваги площі, яка обмежена лініями y = 2x x2 , y = 0.

3.12. Обчисліть

момент

інерції

площі,

яка

обмежена

лініями

y = 4 x2, y = 0, відносно осі Ox .

 

 

 

3.13. Обчисліть

момент

інерції

площі,

яка

обмежена

лініями

 

 

 

 

y = 2

x

,x + y = 3, y = 0, відносно осі Ox .

 

 

 

3.14.Обчисліть масу круглої пластинки радіуса R , якщо її густина обернено пропорційна віддалі точки від центра і рівна δ на краю пластинки.

Відповіді: 3.1. а)

 

64

;

 

 

б) 2π

 

 

16

;

 

в) 5;

 

г) 1

; д) 8 π ;

е)5π .

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2. а)8π

 

32 2

; б)

88

 

; в)

40

;

 

 

 

г)90;

д)12; е)

19

.

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

105

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3. π (5

 

5

1) .

 

3.4.2π

 

 

 

 

. 5.π .

 

 

 

 

 

5

+

 

 

2

 

ln(3 + 2

 

).

 

 

 

 

 

2

 

 

3.6.

 

2

3.7. 32.

 

 

 

 

 

6

 

2

 

 

 

 

 

 

24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.8.

 

=

9

,

 

 

 

=

 

9

.

3.9.

 

 

 

 

=

45

,

 

 

 

=

279

.

3.10.

 

=

 

=

128a

.

x

y

 

 

x

 

y

x

y

20

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28

 

 

 

 

 

 

 

 

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

105π

3.11.

 

=1,

 

 

 

=

4

.

3.12.

4096

.

3.13. 2,4.

 

3.14. 2πR2δ .

 

 

x

 

y

 

 

 

 

 

3π

105

 

 

 

Розрахункові завдання

Задача 4. Перейшовши до полярних або еліптичних координат, обчисліть площі плоских фігур, які обмежені заданими кривими (параметр a > 0).

1.(x2 + y2 )2 = 2ax3.

2. (x2 + y2 )2 = a(x3 3xy2).

3. (x2 + y2 )2 = 4ay3.

4. (x2 + y2 )3 = 4a2x2 y2 .

5. (x2 + y2 )2 = a(x3 + y3) .

6. (x2 + y2 )2 = a2(x2 y2).

7. (x2 + y2 )2 = ax2 y .

8. (x2 + y2 )2 = 2a2xy .

9. (x2 + y2 )3 = 4x2 y2.

10 (x2 + y2 )3 = 2x5.

11. x4 + y4 = a2(x2 + y2)3.

12. y6 = a2(y4 x4).

22

13. x6 = a2(x4 y4).

14. x6 = 4(x4 y4) .

15.(x2 + y2 )2 = 2ay3.

16.(x2 + y2 )3 = 6x2 y2 .

17.

(x2

+ y2 )2

= xy2.

18.

(x2

+ y2 )2 = 2a2 y3.

19.

(x2

+ y2 )2

=16(x2 y2).

20.

(x2

+ y2 )3 = 2a2x2 y2 .

21.

(x2

+ y2 )3 = 9x5.

22.

y6 = 4a2(y4 x4) .

23.

(x2

+ y2 )2

= 4xy2 .

24.

(x2

+ y2 )3 = a2x2 y2 .

25. x4 + y4 = 9(x2 + y2)3.

Задача 5. Обчисліть площі вказаних поверхонь.

1.Частини сфери x2 + y2 + z2 =16, яка вирізана циліндром x2 + y2 = 4.

2. Частини конуса y2 = x2 + z2, яка вирізана циліндром x2 + z2 = 2z .

3.Частини сфери x2 + y2 + z2 = R2 , яка вирізана циліндром x2 + z2 = Rz .

4.

Частини

сфери

x2 + y2 + z2 = 9, яка

 

вирізана

циліндром

x2 + y2 = 3

 

(всередині циліндра).

 

 

 

 

5.

Частини

сфери

x2 + y2 + z2 =100

,

яка

обмежена

площинами

 

x = −8, x = 6.

 

 

 

 

 

6.

Частини конуса y2 + z2 = x2, яку відсікає циліндр x2 = 2py.

7.Частини сфери x2 + y2 + z2 =1, яка вирізана циліндром x2 + y2 = 14 (всередині циліндра).

8.Частини параболоїда y = x2 + z2, яка вирізана циліндром x2 + z2 =1 і розташована в першому октанті.

9.Частини конуса y2 + x2 = z2, яка розташована над площиною Oxy і від-

 

різана площиною z =

 

 

x

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

1 .

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.

Частини параболоїда 2z = x2 + y2, яка вирізана циліндром x2 + y2 =1 .

11.

Частини конуса z2 = 2xy , яка вирізана площинами

z = 0,x =1, y = 4.

12.

Частини

циліндра

x2 + z2 = 4 , яка розташована

всередині циліндра

 

x2 + y2 = 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z = x2 ,

 

13.

Частини

циліндра

 

яка вирізана площинами x + y =

2

,

 

x = 0, y = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.Частини параболоїда y = x2 + z2, яка вирізана циліндром x2 + z2 =1 і розташована в першому октанті.

23

15.

Частини сфери x2 + y

2 + z2 = 4, яка вирізана циліндром

x2

+ y2 =1.

4

16.

Частини площини

 

 

 

z = x, яка

розташована всередині циліндра

 

x2 + y2 = 4 вище площини z = 0.

 

 

 

17.Частини параболоїда ay = x2 + z2 , яка розташована в першому октанті і обмежена площиною y = 2a (a > 0) .

18.

Частини циліндра x2 + y2 =16 (z 0) , яка розташована між площинами

 

z = 4x, z = 2x.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19.

Частини конуса

x2 + y2 z2 = 0, яка розташована всередині циліндра

 

x2 + y2 =1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Частини сфери x2 + y2 + z2 = 4, яка обмежена площинами x = 0, x =

 

.

20.

2

21.

Частини конуса x

2

+ z

2

= y

2

, яка вирізана параболоїдом y = x

2

+

z2

.

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22.

Частини конуса x2 + z2 = y2, яка вирізана циліндром y2 = 4x .

 

 

 

 

 

23.

Частини сфери

 

x2 + y2 + z2 = 8, розташованої

всередині

конуса

 

x2 + y2 = z2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24.Частини площини x + y + z = 3, яка вирізана циліндром y2 = 3x та площиною x = 3.

25.Частини параболоїда z = x2 + y2, яка вирізана циліндром x2 + y2 = 9.

 

Задача 6. Знайдіть масу пластинки D , яка обмежена заданими кривими і

 

має поверхневу густину γ .

1.

D :x = 1, y = 0, y2 = 4x(y 0); γ = 7x2 + y.

2.

D :x = 0, y = 0, x2 + y2 = 1, x2 + y2 = 4 (x 0, y 0); γ = 7x2 + y.

3.

D :x = 1, y = 0, y2 = 4x(y 0); γ = 7x2 / 2 + 5y.

4.

D :x = 0, y = 0, x2 + y2 = 9, x2 + y2 = 16 (x 0, y 0); γ = (2x + 5y) /(x2 + y2 ).

5.

D :x = 2, y = 0, y2 = 2x(y 0); γ = 7x2 /8+ 2y.

6.

D :x = 0, y = 0, x2 + y2 = 1, x2 + y2 = 16 (x 0, y 0); γ = (x + y)/(x2 + y2 ).

7.

D :x = 2, y = 0, y2 = x / 2(y 0); γ = 7x2 / 2 + 6y.

8.

D :x = 0, y = 0, x2 + y2 = 4, x2 + y2 = 25 (x 0, y 0); γ = (2x 3y)/(x2 + y2 ).

9.

D :x = 1, y = 0, y2 = 4x (y 0); γ = x + 3y2.

10.

D :x = 0, y = 0, x2 + y2 = 1, x2 + y2 = 9 (x 0, y 0); γ = (x y)/(x2 + y2 ).

11.

D :x = 1, y = 0, y2 = x (y 0); γ = 3x + 6y2.

24

12. D :x = 0, y = 0, x2 + y2

= 9, x2 + y2

= 25 (x 0, y 0); γ = (2y x) /(x2 + y2 ).

13. D :x = 2, y = 0, y2 = x / 2 (y 0); γ = 2x + 3y2.

14. D :x = 0, y = 0, x2 + y2

= 4, x2 + y2

= 16 (x 0, y 0);γ = (2y 3x) /(x2 + y2 ).

15.D :x = 1/ 2, y = 0, y2 = 8x (y 0); γ = 7x + 3y2.

16.D :x = 0, y = 0, x2 + y2 = 9, x2 + y2 = 16 (x 0, y 0);γ = (2y 5x) /(x2 + y2 ).

17.D :x = 1, y = 0, y2 = 4x (y 0); γ = 7x2 + 2y.

18.D :x = 0, y = 0, x2 + y2 = 1, x2 + y2 = 16 (x 0, y 0);γ = (x + 3y) /(x2 + y2 ).

19.D :x = 2, y = 0, y2 = 2x (y 0); γ = 7x2 / 4 + y / 2.

20.

D :x = 0, y = 0, x2

+ y2 = 1, x2 + y2 = 4 (x 0, y 0);γ = (x + 2y) /(x2 + y2 ).

21.

D :x = 1/ 4, y = 0, y2 = 16x (y 0); γ = 16x + 9y2 / 2.

22.

D :x = 0, y = 0, x2 + y2 = 1, x2 + y2 = 9 (x 0, y 0);γ = (2x y) /(x2 + y2 ).

23.

D :x = 2, y = 0, y2 = x / 2 (y 0); γ = 7x2 / 2 + 8y.

24.

D :x = 0, y = 0, x2

+ y2 = 1, x2 + y2 = 25 (x 0, y 0);γ = (x 4y) /(x2 + y2 ).

25.

D :x = 1, y = 0, y2

= 4x (y 0); γ = 6x + 3y2.

§4. ПОНЯТТЯ ПОТРІЙНОГО ІНТЕГРАЛА ТА ЙОГО ОБЧИСЛЕННЯ

Основні теоретичні відомості

[1] – гл.VIII,§1,с.429-440; [2] – гл.10,§1, с.585-587; [3] – глава ХІV, §1-3, с.190-196; [4] –глава VII, §1,с.286-293; [5] - глава I, §1,с.23-28.

Нехай функція u = f (x, y,z) визначена в замкненій обмеженій області G R3. Розіб’ємо область G сіткою поверхонь на n частин Gi , які не мають

спільних внутрішніх точок і об’єми яких дорівнюють

Vi , i =1,2,...,n. У ко-

жній області Gi

візьмемо довільну точку Mi (xi; yi;zi ) і утворимо суму

 

n

 

 

 

In = f (xi, yi,zi )

Vi ,

(2)

 

i=1

 

 

яку назвемо інтегральною сумою для функції

f (x, y,z)

по області G .

Нехай λ =

max diam(Gi ) – найбільший з діаметрів областей Gi .

 

i=1,2,..,n

 

 

Означення. Якщо інтегральна сума (2) при λ 0 має скінченну границю, яка не залежить ні від способу розбиття області G на частинні області Gi , ні від вибору точок Pi в них, то ця границя називається потрійним інтег-

ралом і позначається одним із таких символів:

∫∫∫ f (x, y,z) dV , або ∫∫∫ f (x, y,z) dxdydz.

G G

25

Теорема (достатня умова інтегрованості функції). Якщо функція f (x, y, z) неперервна в замкнутій обмеженій області G , то вона інтегрова-

на в цій області.

Основні властивості потрійного інтеграла

1.(Лінійність потрійного інтеграла.) Якщо C1 і C2 сталі числа, то

∫∫∫(C1 f (x, y,z) ± C2ϕ(x, y,z))dV = C1∫∫∫ f (x, y,z) dV ± C2 ∫∫∫ϕ(x, y,z) dV.

G G G

2. (Адитивність потрійного інтеграла.) Якщо область інтегрування G функції f (x, y,z) розбити на частини G1 і G2, які не мають спільних внутрі-

шніх точок, то

∫∫∫ f (x, y, z) dV = ∫∫∫ f (x, y,z) dV + ∫∫∫ f (x, y,z) dV.

G

G1

G2

3. Якщо в області G має місце нерівність f (x, y, z) ≥ 0, то і

∫∫∫ f (x, y, z)dxdydz ≥ 0.

G

4. Якщо в області D f (x, y, z) ≥ g(x, y, z) , то і

∫∫∫ f (x, y, z)dxdydz ≥ ∫∫∫g(x, y, z)dxdydz.

G G

Обчислення потрійного інтеграла

Якщо область інтегрування G така, що її проекція на площину Oxy область D , правильна в напрямку осі Oy , а всяка пряма, що проходить через

внутрішню точку області D паралельно осі Oz перетинає границю області G рівно в двох точках, які лежать на поверхнях z = z1(x, y), z = z2(x, y) (рис.4),

то:

 

 

z2 (x, y)

b y2 (x)

z2 (x, y)

 

∫∫∫ f (x, y, z)dxdydz = ∫∫dxdy

f (x, y, z)dz = dx

dy

f (x, y, z)dz.

G

D

z1(x, y)

a y1(x)

z1(x, y)

 

 

z

 

z=z2(x,y)

 

У

цій

формулі

 

 

спочатку

обчислюється

 

 

 

 

 

 

 

 

інтеграл

по

змінній z

 

 

 

 

при умові, що x, y –

 

 

 

 

сталі

величини, після

 

 

 

z=z1(x,y)

чого отримують подвій-

 

 

 

ний інтеграл по змінних

 

 

 

 

y і x .

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

a

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y=y1(x)

 

 

 

 

 

 

b

 

 

y=y2(x)

 

 

 

 

x

Рис. 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

Питання для самоконтролю

1.Дайте означення потрійного інтеграла функції f (x, y, z) по області G .

2.Сформулюйте достатню умову інтегрованості функції.

3.Назвіть основні властивості потрійного інтеграла.

4.Сформулюйте правило розстановки меж інтегрування у повторному інтегралі.

Зразки розв’язування задач

Приклад 1. Обчисліть ∫∫∫xdxdydz, якщо область G обмежена пло-

G

щинами x = 0, y = 0, z = 0, y = 3, x + z = 2.

Розв’язання.

Область G проектується на площину

 

z

 

 

 

 

Oxy

у прямокутник D = {0 ≤ x ≤ 2; 0 ≤ y ≤ 3}.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оскільки

z1 = 0 (вхід),

z2 = 2 − x

(вихід), то

 

 

 

 

 

 

маємо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

3

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

y

∫∫∫xdxdydz = dxdy

xdz =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

 

0

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

3

 

 

2x

 

2

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

= xdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

0

 

dy = xdx(2 − x)dy =

x

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2

 

 

2

 

x

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

)dx =3 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

x (2

− x) y

 

dx =3(2x − x

 

 

 

 

 

=

3

4

 

 

= 4.

0

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приклад 2. Обчисліть ∫∫∫ycos(z + x)dxdydz , якщо область G обме-

G

жена циліндром y = x та площинами y = 0, z = 0, x + z = π2 .

Розв’язання.

z

π

y

2

y = x

π

G

O

 

D

 

 

O

π

 

2

 

y

x

 

 

 

 

 

x

 

 

 

2

 

27

Область

 

 

0

x

π

; 0

y

 

 

є проекцією просторової об-

 

 

D = (x, y)

 

2

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ласті G на площину Oxy . У напрямку осі Oz область G обмежена площинами z = 0 та x + z = π2 . Тому 0 z π2 x . Тоді маємо:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

π

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫∫ycos(z + x)dxdydz = ∫ dx

 

dy

 

 

ycos(z + x)dz =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

x

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

(ysin(z + x))

 

2

 

 

 

 

 

x

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= dx

 

 

 

 

 

dy = dx (ysin

2

x + x

ysin x)dy =

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

sin x

 

x

 

x

 

 

x

 

 

 

 

 

= dx

(y ysin x)dy

=

 

 

2

 

 

 

 

=

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

dx

 

 

 

 

sin x dx

 

2

 

 

2

 

 

 

 

2

2

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

u = x

 

 

 

 

 

du = dx

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

xdx

xsin xdx

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

v = −cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

dv = sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

π

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

1

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

π 2

 

1

 

 

 

2

 

 

π

2

 

 

1

 

π 2 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

xcos x

 

 

+ cos xdx

 

=

 

 

 

sin x

=

 

 

 

=

 

 

.

4

 

 

 

2

 

 

16

2

16

2

16

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачі для самостійного розв’язування

1 2 3

4.1.Обчисліть повторний інтегралdxdydz .

0 0 0 a x y

4.2.Обчисліть повторний інтеграл dxdyxyzdz.

 

 

 

 

0

0

0

4.3.

Обчисліть

∫∫∫

dxdydz

, якщо G : x = 0, y = 0, x + y + z =1, z = 0.

 

 

 

 

G (x + y + z +1)3

 

 

 

4.4.

Обчисліть

∫∫∫ x2dxdydz, якщо G обмежена площинами: x = 0, y = 0,

 

 

G

 

 

 

 

 

z = 0, x + y + z 2 = 0 .

 

 

 

28

4.5.

Обчисліть ∫∫∫ xyzdxdydz, якщо G обмежена сферою x2 + y2 + z2 =1

 

 

 

 

G

 

 

 

 

та площинами: x = 0, y = 0, z = 0.

 

 

 

4.6.

Обчисліть

∫∫∫ ycos(z + x)dxdydz ,

якщо

G обмежена

циліндром

 

 

 

 

G

 

 

 

 

y =

 

та площинами y = 0, x + z = π , z = 0.

 

 

x

 

 

 

 

 

 

2

 

 

4.7.

Обчисліть ∫∫∫ xdxdydz, якщо G обмежена поверхнею z = x2 + y2 та

 

 

 

 

G

 

 

 

 

площиною z =1.

 

 

 

4.8.

Обчисліть

∫∫∫ z(x + y +1)dxdydz,

якщо G

обмежена

циліндром

 

 

 

 

G

 

 

 

 

x2 + z2 =1 та площинами y = 0, y =1, y ≥ 0 .

 

4.9.

Обчисліть ∫∫∫ xydxdydz , якщо G обмежена гіперболічним параболої-

 

 

 

 

G

 

 

 

 

дом z = xy та площинами z = 0, x + y =1 .

 

 

4.10. Обчисліть ∫∫∫ xy2z3dxdydz, якщо G обмежена гіперболічним парабо-

G

лоїдом z = xy та площинами z = 0, y = x, x =1 .

 

 

 

 

 

 

Відповіді. 4.1. 6. 4.2. a6 / 48. 4.3.

1

ln 2

 

5

. 4.4.

 

8

. 4.5.

1

. 4.6.

π 2

1

.

2

16

15

48

16

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.7. 0. 4.8. 2. 4.9.

19

. 4.10.

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

364

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

180

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розрахункові завдання

Задача 7. Обчисліть потрійний інтеграл, якщо область G обмежена вказаними поверхнями.

1.

∫∫∫ xy2z3dxdydz;

G : z = xy, y = x, x =1,

z = 0.

 

G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

∫∫∫

 

dxdydz

 

 

 

;

G : x = 0,

x =1, y = 0,

y =1, z =1, z = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + y + z

+1

 

G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

∫∫∫

 

dxdydz

 

 

 

 

 

 

; G :

x

+

 

y

+

z

=1, x = 0, y = 0, z = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G 1+

x

+

y

 

+

z

 

 

3 5 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

5

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

∫∫∫ ydxdydz;

 

G : y2 = 2x, x + 2y + 3z = 6, y = 0, z = 0.

 

G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29