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

Higher_Mathematics_Part_3

.pdf
Скачиваний:
304
Добавлен:
19.02.2016
Размер:
9.11 Mб
Скачать

Solution. The domain of integration is a rectangular parallelepiped (Fig. 6.5). Then the triple integral can be reduced to the formula (6.14). We have

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

4

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 3

 

Fig. 6.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

4

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫∫(x + y + 2z)dxdydz = dxdy(x + y + 2z)dz =

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

1

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

3

4

 

 

2

 

1

3

4

 

 

3

 

 

 

y2

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

= dx((x + y)z + z

 

)

 

dy = dx(x + y + 1)dy =

(x + 1) y +

 

 

 

dx =

 

 

2

1

0

 

 

 

 

0

1

0

 

 

1

 

 

 

 

 

0

 

3

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (4x + 12)dx = (2x2 + 12x)

= 18 + 36 2 12 = 40.

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Example 2. Calculate the triple integral

∫∫∫

xdxdydz

 

over the domain

(1+ 2y + z)

3

 

 

 

x = 0, y = 0 , z = 0 , x + y + z =

D

 

 

 

 

 

 

D = {(x, y)

 

1}.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution. The domain of integration is a rectangular triangular pyramid bounded by coordinate planes and sloping plane x + y + z = 1 (Fig. 6.6).

Let’s define limits of integration in a triple integral. Projecting the given body on the xy-plane, we shall receive domain D. It is a triangle ОАВ (Fig. 6.7.),

which boundaries are determined by the equations

x = 0,

y = 0,

x + y = 1 (on

the xy-plane

z = 0 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

We have

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xdxdydz

 

1

1x

 

 

1xy

 

 

dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫∫

 

= xdx

dy

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1+ 2y + z)

3

 

(1+ 2 y + z)

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

0

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1x

1

 

 

 

1xy

 

 

1

1

 

1x

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

dy =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

xdx

 

 

 

 

 

 

 

 

dy = −

xdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

0

 

 

2

 

 

x + y)

2

(1

+ 2y)

2

 

 

0

 

0

2(1+ 2y + z)

 

 

 

 

 

0

 

 

0

(2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

141

http://vk.com/studentu_tk, http://studentu.tk/

 

1

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1x

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

= −

 

x

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx = −

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

2

 

2 x + y

2(1+

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2(2x 3)

 

x 2

2

 

0

 

 

 

 

2y)

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

1

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

1

 

3

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

= −

 

 

 

 

1

+

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

= −

 

 

 

 

 

 

x

+

 

 

 

ln

2x 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

0

 

4

 

 

 

2x 3

 

 

 

 

 

x

2

 

2

 

 

 

 

 

2

 

4

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2ln

 

x

2

 

x2

 

1

=

1

ln 2 +

3

ln 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

2

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

В

 

x + y = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 у

 

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

О

1 х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 6.6 Fig. 6.7

Example 3. Calculate the triple integral ∫∫∫(x2 + y2 ) dxdydz over the domain

G

G = {(x, y) z = 3, x2 + y2 = 3z }.

Solution. The domain of an integration G (Fig. 6.8.) is bounded by the paraboloid x2 + y2 = 3z and the plane z = 3.

z

3

G

– 3

3

y

3

x

Fig. 6.8

142

http://vk.com/studentu_tk, http://studentu.tk/

A projection of this domain on xy-plane is a circle x2 + y2 = 9 (this equation is a result of an elimination of a variable z from the system of the equations

x2 + y2 = 3z and z = 3 ).

 

 

 

 

Let’s consider cylindrical coordinates x = ρ cosϕ,

y = ρsin ϕ, z = z. The

equation of a paraboloid can be written as the form

z =

ρ2

, and the equation of

 

3

 

 

 

 

a plane is not changed. Let’s define limits of integration in cylindrical coordinates

0 ≤ ϕ ≤ 2π, 0 ≤ ρ ≤ 3,

ρ2

z 3.

3

 

 

Then we have

2π

3

3

2π

3

3

∫∫∫(x2 + y2 )dxdydz = dϕdρ ρ2 ρdz = dϕρ3 z

ρ2

dρ =

 

G

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

ρ2

 

 

 

 

0

 

0

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

3

3

 

ρ2

 

 

 

 

2π

3

 

 

3

 

ρ5

 

 

 

2π

3ρ4

 

ρ6

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= dϕρ

3

 

 

d

ρ = dϕ

3ρ −

 

dρ =

 

 

 

 

 

 

 

dϕ =

3

3

4

18

0

0

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

2π

35

 

 

35

 

 

3

 

243

2π

 

 

243

 

 

 

243π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

dϕ =

 

 

 

dϕ =

 

 

2π =

 

 

 

.

 

 

 

 

4

 

6

 

 

12

 

12

 

 

6

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Example 4. Calculate the triple integral

∫∫∫

x2 + y2 + z2 dxdydz over the

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

domain G = {(x, y) x2 + y2 + z2 = 2z}.

Solution. Lets consider the equation x2 + y2 + z2 = 2z.

It is a sphere. Let’s transform it to the canonical form. After determination of the perfect square, we obtain

x2 + y2 + (z 1)2 = 1. Therefore centre of the sphere lies in

a point (0; 0; 1) and radius is equals 1 (Fig. 6.9).

The form of the domain G, and also kind of intergrand

z

2

1

function specify the necessity of realization of calculation

O

y

of a triple integral in spherical coordinates.

x

 

In spherical coordinates the equation x2 + y2 + z2 = 2z

Fig. 6.9

 

can be written as ρ2 = 2ρ cos θ or ρ = 2cos θ. We have:

 

 

 

0 ≤ ϕ ≤ 2π, 0 ≤ θ ≤ π , 0 ≤ ρ ≤ 2cos θ.

 

 

2

 

 

 

 

143

http://vk.com/studentu_tk, http://studentu.tk/

Besides,

 

 

x2 + y2 + z2 = ρ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J = r2 sin θ.

 

 

 

 

 

 

 

 

Applying the formula (6.25), we obtain

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

 

π

2cos θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

∫∫∫ x2 + y2 + z2 dxdydz = dϕdθ

ρ ρ2 sin θdρ =

Ω

 

 

 

 

0

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

2π

π

2cos θ

 

2π

π

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

3

2

 

 

 

ρ4

 

2cos θ

dθ =

= dϕsin θdθ

ρ dρ =

dϕsin θ

4

 

0

 

 

 

 

0

0

 

0

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

2π

π

 

 

 

 

 

 

2π

π

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

=

dϕ4cos4θ sin θdθ = −4

dϕcos4 θd(cos θ) =

0

0

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2π

π

4

 

2π

 

4

 

 

 

 

8π

 

 

 

2 dϕ =

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

cos5 θ

 

 

 

dϕ =

 

2π =

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

0

 

0

5

 

 

0

5

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

Example 5. Find the volume of the body bounded by the surfaces

y = x,

x + y 4 = 0, + z 2 = 0, = 0, z = 0.

 

Solution. Let’s construct the

body (Fig. 6.10). The plane y = x

passes

through z-axis and intersects plane

Оху along a straight line y = x .

 

The plane x + y 4 = 0 is parallel to the axis Oz and intersects a plane Оху along a straight line x + y 4 = 0 . The plane x + z 2 = 0 is parallel to the axis

and intersects with the plane Oхz along a straight line x + z 2 = 0 . The projection of the given body on the ху-plane is the triangle OMK. Using the formula (6.27) we have

 

2

4x

 

2x

 

2

4x

2x

 

 

 

2

4x

V = ∫∫∫ dxdydz = dx

dy dz = dx z

dy = (2 x)dx dy =

G

0

x

 

0

 

0

 

x

0

 

 

 

 

 

0

x

2

 

4x

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

(4 4x + x2 )dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (2 x) y

 

= dx

(2 x)(4 2x)dx = 2

0

 

x

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

= 2

 

4x 2x

2

+

x3

 

 

2

=

16

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

Example 6. Find the volume of the body bounded by the surfaces x2 + y2 = 4, z = y2 , z = 0.

144

http://vk.com/studentu_tk, http://studentu.tk/

Solution. Let’s construct our body (Fig. 6.11). The surface x2 + y2 = 4 is the infinite circular cylinder which intersects xy-plane along the circle x2 + y2 = 4 with the centre in origin and with the radius R = 2. The surface z = y2 is the

infinite parabolic cylinder which intersects yz-plane along the parabola z = y2 . The plane z = 0 is xy-plane.

 

z

 

 

 

 

 

2

 

z

 

 

 

 

 

 

 

x + z = 2

 

z = y2

 

 

 

K

G

 

 

O

 

 

 

2

4

y

 

 

4

М

D

D

2

y

x + y = 4

 

 

 

 

 

 

x

x = y

x

 

Fig. 6.10

Fig. 6.11

The obtained body projects on xy-plane in a circle D. Therefore we shall conduct calculations in the cylindrical coordinates (6.20)

 

 

 

 

x = ρ cos ϕ, y = ρ sin ϕ,

z = z.

 

 

 

 

 

The equation of parabolic cylinder transforms to

z = ρ2 sin2 ϕ, and the

equation of circle

x2 + y2 = 4 transforms to the form ρ = 2. Let’s define limits

of an integration:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hence

 

0 ≤ ϕ ≤ 2π,

0 ≤ ρ ≤ 2,

 

0 z ≤ ρ2 sin2 ϕ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ2 sin2 ϕ

 

 

 

2π

2

 

2

 

 

2

ϕ ρdρ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V = ∫∫∫ dxdydz = ∫∫ρdρdϕ

 

dz = dϕz

ρ

sin

 

G

 

 

 

D

 

0

 

 

 

0

0

 

0

 

 

 

 

2π

 

2

 

2 3

2π

2

ϕ

ρ4

 

2

 

 

 

2π

 

 

2

ϕdϕ =

 

 

 

 

 

= sin

 

ϕdϕρ dρ = sin

 

 

4

 

 

dϕ = 4 sin

 

0

 

 

 

0

0

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

= 22π

1cos 2ϕ dϕ =

2

ϕ −

sin 2ϕ

 

 

2π

= 4π.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

)

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

Example 7. Find the volume of a body bounded by the spheres x2 + y2 + z2 = a2 ,

x2 + y2 + z2 = b2

(a < b) and a cone x2 + y2

= z2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

145

http://vk.com/studentu_tk, http://studentu.tk/

Solution. Let’s construct such body (Fig. 6.12). Clearly that for a solution of a problem it is necessary to enter spherical coordinates (6.23)

x = ρ sin θ cos ϕ, y = ρ sin θ sin ϕ, z = ρ cos θ .

z

θ = π4 a

b

a

y

b

x

Fig. 6.12

Let’s find limits of integration. As the equation of our spheres x2 + y2 + z2 = a2 ,

x2 + y2 + z2

= b2 in the spherical coordinates is

ρ = a

and

ρ = b

correspon-

dently, then

a ≤ ρ ≤ b.

The projection of the body on the xy-plane is the whole

circle, then

0 ≤ ϕ ≤ 2π. Now we find the limits for angle θ.

 

We substitute the

spherical coordinates into the equation of the given cone. Then

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ2 sin2 θ cos2 ϕ + ρ2 sin2 θ sin2 ϕ = ρ2 cos2 θ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ2 sin2 θ = ρ2 cos2 θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

or

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tan2 θ = 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hence θ = π . It is clear that, 0 ≤ θ ≤

π .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Using the formula (6.29) we find the volume of the given body

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

π

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V = ∫∫∫ρ2 sin θdρdθdϕ = dϕdθρ2 sin θdρ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ω*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

 

 

π

 

3

 

b

 

 

b

3

a

3

 

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

dϕsin θ

ρ

 

 

 

 

 

 

 

(cos θ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dθ =

 

 

 

 

 

 

 

04 dϕ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b3

a3

 

2π

2

 

 

 

 

 

b3

a3

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

3

 

3

 

 

π

 

=

 

 

 

 

 

+ 1 dϕ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 1

ϕ

 

 

= (b

 

a

 

)(1

2)

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

146

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

http://vk.com/studentu_tk, http://studentu.tk/

Example 8. Find the coordinates of the center of mass of a uniform hemisphere of radius R.

Solution. Suppose that the centre of the sphere lies at the origin of coordinates, and that the hemisphere lies below the xy-plane. Then by symmetry we have

xc = 0, yc = 0.

The volume of the hemisphere is

V = 23 πR3.

Now we find the static moment relative to the xy-plane

 

 

 

2π

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Kxy = ∫∫∫ zdxdydz =

dϕsin θ cos θdθρ3dρ =

Ω

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

= 2π

sin2 θ

 

π ρ4

 

 

R

=

π

R

4

.

 

 

 

2

 

 

 

0 4

 

 

0

4

 

 

Therefore

 

Kxy

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zc =

=

 

πR4 / 4

=

3

 

R.

 

V

 

2πR3

/ 3

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Micromodule 6

CLASS AND HOME ASSIGMENTS

Establish limits of an integration in a triple integral ∫∫∫ f (x, y, z)dV over a

domain G, if

 

 

 

 

G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

x = 0 , y = 0 , z = 0 , 3x + 6y + 4z 24 = 0 .

 

 

 

 

2.

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

 

 

 

 

3.

x2 + y2 = 4 , z = −1 , z = 4.

 

 

 

 

 

 

Calculate the integral.

 

 

 

 

 

 

 

1

1

2

 

1

1x

1xy

dz

 

 

4. dxdy

(x + 2y + 4z)dz .

5. dx

dy

 

.

(3x + 2y + z 4)

4

 

0

0

0

 

0

0

0

 

 

 

1

2y

 

1

 

 

 

 

 

 

6.

dy

dx(x2 + y)zdz.

 

 

 

 

 

 

 

0

y2

 

0

 

 

 

 

 

 

Calculate the triple integral in Rectangular coordinate system.

7. ∫∫∫ x2 yzdxdydz , if the domain G is bounded by planes x = 0 , y = 0 ,

G

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

147

http://vk.com/studentu_tk, http://studentu.tk/

8. ∫∫∫ (x + y + z)dxdydz, if the domain G is bounded by planes x = 0 , y = 0 ,

G

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

9. ∫∫∫ x2 dxdydz , if the domain G is bounded by the surfaces x2 + y2 = 1 and

G

z = 0, z = 3.

Evaluate the followіng integrals using cylindrical coordinates.

10.

∫∫∫ (x2 + y2 + z2 )dxdydz, if the domain G is bounded by the surfaces

 

G

 

 

 

x2 + y2

= 4 and z = 0 , z = 1.

 

 

11.

∫∫∫ zdxdydz , if the domain G is bounded by the surfaces z2 = x2 + y2

 

G

 

 

 

and z = 2 .

 

 

 

12.

∫∫∫ (x + y2 + z2 )3 dxdydz , if the domain G is bounded by the surfaces

 

G

 

 

 

x = y2 + z2

and x = 1.

 

 

Evaluate the followіng integrals using spherical coordinates.

13.

∫∫∫

x2 + y2 + z2 dxdydz , if the domain

G is bounded by the sphere

 

G

 

 

 

x2 + y2 + z2 = y.

 

 

14.

∫∫∫ (x2 + y2 )dxdydz , if the domain G ={(x, y), z 0 ,

x2 + y2 + z2 1.}.

 

G

 

 

 

15.

∫∫∫ (x2 + y2 + z2 )2 dxdydz , if G is sphere

x2 + y2 + z2

R2 .

 

G

 

 

 

Calculate the volume of the followіng body.

16.

z = 4 x2 ,

z = x2 + 2,

y = −1,

y = 2.

17.

z = x2 + y2 ,

z = 1.

 

 

18.

z = 2 x2 y2 ,

z =

x2 + y2

(cone).

19.

x2 + y2 + z2

= 4,

x2 + y2 + z2 = 9, z2 = x2 + y2 , z 0.

Calculate the mass of the followіng body with the density γ(x, y, z) .

20.z = x2 + y2 , z = 4, γ(x, y, z) = (x2 + y2 + z)2 .

21.x2 + y2 + z2 = R2 , γ(x, y, z) = (x2 + y2 + z2 )3 .

148

http://vk.com/studentu_tk, http://studentu.tk/

Answers

 

 

 

 

4

x

243x6 y

 

 

 

 

 

 

 

2 3 3+ y

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

4x2

 

 

 

8

 

2

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. dx

 

 

dy

 

 

f (x, y, z)dz.

 

2. dxdy f (x, y, z)dz.

 

 

3. dx dy ×

 

 

0

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

4x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

27

16

 

 

3

 

3

 

 

28π

 

 

 

 

 

 

π

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x, y, z)dz.

4. 11. 5.

 

 

. 6.

 

. 7.

 

.

8.

 

 

. 9.

 

π. 10.

 

 

 

.

11.

4π . 12.

2 .

144

42

315

2

4

 

3

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4πR7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4πR9

 

 

π

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

5π

 

 

19(2

 

2)π

 

 

 

448π

 

 

 

 

13.

 

. 14.

 

 

 

π. 15.

 

 

 

 

. 16. 8. 17.

 

. 18.

 

.

19.

 

 

 

 

 

. 20.

 

 

 

 

. 21.

 

 

 

.

10

15

 

 

7

 

2

6

3

 

 

3

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Micromodule 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CLASS AND HOME ASSIGMENTS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.1. Calculate the triple integral

∫∫∫ f (x, y, z)dxdydz. The function f(x, у, z)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

and surfaces bounding the volume V are given in Table 6.1.

 

 

 

 

 

 

 

Table 6.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(x, у, z)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Domain V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

5y – 4

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, x + y + 2z – 6 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

6y + 2z

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, 3x + y + z – 9 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

5 + y +2х

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

4x–y

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, 4x + y + 2z – 1 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

3 + 4z

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, x + 4y + z – 4 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

7y – 2z

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, 3x + y + 3z – 6 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

xy + 1

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, 6x + 2y +z – 8 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

3y –2 z

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, 7x + y + z – 3 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

2x + z

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, 4x + 2y + 4z – 1 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

3 + 4z

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, 8x + 2y + 2z – 3 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

 

 

4y + 5

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, 3x + y + z – 6 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

3x + 2

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, 7x + y + 7z – 14 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

 

 

3xy

 

 

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, 2x + 4y + z – 8 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

 

 

 

 

 

 

8y – 2z

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0,5x + y + 10z – 10 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

5x + z

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, 3x + 2y + 6z – 6 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

7 4z

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, 4x + y + 2z – 8 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

 

 

 

 

 

 

3x + 2y

 

 

 

 

 

x = 0, y = 0, z = 0, 6x + 3y + z – 18 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

149

http://vk.com/studentu_tk, http://studentu.tk/

 

 

End of table 6.1

 

 

 

f(x, у, z)

Domain V

 

 

 

18

3xy + 2

x = 0, y = 0, z = 0,x + 15y + z – 15 = 0.

 

 

 

19

6z + 3

x = 0, y = 0, z = 0, 2x + y + 5z – 10 = 0.

 

 

 

20

4x + y

x = 0, y = 0, z = 0, 3x + 4y + z – 12 = 0.

 

 

 

21

xy

x = 0, y = 0, z = 0, 4x + 2y + 3z – 12 = 0.

 

 

 

22

5 8z

x = 0, y = 0, z = 0,x + 3y + 15z – 15 = 0.

 

 

 

23

y +2

x = 0, y = 0, z = 0, x + 5y + 3z – 15 = 0.

 

 

 

24

y – 6z

x = 0, y = 0, z = 0, 2x + 5y + z – 10 = 0.

 

 

 

25

2x – y

x = 0, y = 0, z = 0, 3x + 6y + 2z – 12 = 0.

 

 

 

26

3 2z

x = 0, y = 0, z = 0, x + 2y + 4z – 8 = 0.

 

 

 

27

х + 3y

x = 0, y = 0, z = 0, 8x + y + 2z – 8 = 0.

 

 

 

28

2z + 1

x = 0, y = 0, z = 0, 4x + 6y + 3z – 12 = 0.

 

 

 

29

2x + y

x = 0, y = 0, z = 0, 2x + 9y + 2z – 18 = 0.

 

 

 

30

у + 4z

x = 0, y = 0, z = 0, x + 5y + 4z – 20 = 0.

 

 

 

6.2. Calculate the volume of a body bounded by the following surfaces. Use the cylindrical and spherical coordinates.

6.2.1.x2 + y2 + z2 = 1 , x2 + y2 + z2 = 9 , z =

6.2.2.x2 + y2 + z2 = 4 , x2 + y2 + z2 = 9 , z =

6.2.3.

x2 + y2 + z2

= 4 ,

z =

x2 + y2 .

6.2.4.

x2 + y2 + z2

= 16 ,

y =

x2 + z2 .

6.2.5.

x2 + y2 + z2

= 4 ,

z =

3(x2 + y2 ) .

6.2.6.

x2 + y2 + z2

= 4 ,

3z =

x2 + y2 .

6.2.7.z = x2 + y2 , z = 8 x2 y2 .

6.2.8.x = y2 + z2 , x = 18 y2 z2 .

6.2.9.z = 2(x2 + y2 ) , z = 12 x2 y2 .

6.2.10.2z = x2 + y2 , z = 6 x2 y2 .

6.2.11.z = x2 + y2 , z = 16 3(x2 + y2 ) .

6.2.12.y = x2 + z2 , y = 3 2(x2 + z2 ) .

6.2.13. z = 3 x2 + y2 , z = 5 2(x2 + y2 ) .

x2 + y2 .

x2 + y2 , (x ≥ 0, y ≥ 0) .

150

http://vk.com/studentu_tk, http://studentu.tk/

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]