
- •Тема кратные интегралы
- •§1. Определения. Свойства. Смысл
- •I Определение
- •II Теорема существования
- •III Свойства
- •IV Смысл
- •§2. Понятие повторного интеграла
- •I Правильные области в r2
- •II Правильные области в r3
- •III Повторные интегралы в r2
- •IV Повторные интегралы в r3
- •§3. Вычисление кратных интегралов
- •§4. Замена переменных в двойном интеграле
- •I Общий случай
- •II Двойной интеграл в полярной системе координат
- •§5. Приложения двойного интеграла
- •III Вычисление массы полоской фигуры
- •IV Вычисление координат центра масс пластины
- •V Вычисление моментов инерции пластины
- •VI Вычисление площади поверхности
- •§6. Замена переменных в тройном интеграле
- •I Общий случай
- •II Тройной интеграл в цилиндрических координатах
- •III Тройной интеграл в сферических координатах
- •§7. Приложения тройного интеграла
- •I Вычисление объёмов тел
- •II Вычисление масс тел
- •III Вычисление координат центра масс тела
- •IV Вычисление моментов инерции тела
- •V Вычисление силы притяжения точки телом
- •§8. Несобственный двойной интеграл
§8. Несобственный двойной интеграл
Рассмотрим
неограниченную замкнутую область
.
Неограниченность означает, что вне
любого кругаКр
радиуса
с центром в начале координат имеются
точки области. Примерами таких областей
могут служить полоса
,
или квадрант
.
Определение
1. Говорят,
что последовательность областей
исчерпывает неограниченную область
,
если: 1)
– ограничены и замкнуты; 2)
;
3) часть области
,
содержащаяся в кругеКр
произвольного радиуса, целиком лежит
в некоторой
.
Из этих условий вытекает, что
.
Примером такой
последовательности может служить
.
Пусть
теперь в неограниченной замкнутой
области
задана непрерывная функция
.
Тогда она непрерывна и во всякой
–
ограниченной замкнутой части области
и, следовательно, существует двойной
интеграл
Определение
2.
Несобственным двойным интегралом от
функции
по неограниченной области
называют предел
где
– исчерпывающая последовательность.
Если этот предел существует, конечен и
не зависит от выбора
,
то несобственный интеграл называют
сходящимся, в противном случае –
расходящимся.
Пусть область
– правильная, т.е.
причём
и
могут равняться
, а
и
–
.
Примем без доказательства теорему.
Теорема.
Если функция
непрерывна и неотрицательна в правильной
неограниченной области
,
то
причём двойной интеграл сходится, если сходится повторный.
Используем понятие несобственного двойного интеграла для вычисления т.н. интеграла Пуассона
Прежде всего,
отметим, что этот несобственный интеграл
1го
рода сходится по первому признаку
сравнения. Действительно, для
имеем:
Интеграл же
– сходится.
Рассмотрим
неотрицательную функцию
и проинтегрируем её по 1му
квадранту:
Здесь последний интеграл является повторным лишь формально, на самом же деле – это произведение двух одинаковых интегралов.
Итак, повторный
интеграл сходится, следовательно,
сходится и двойной. Значит, при вычислении
несобственного двойного интеграла по
определению мы можем выбрать удобную
для нас исчерпывающую последовательность
областей. Пусть, например,
– часть круга
,
расположенная в первой четверти. Тогда
и получим по определению
Отсюда получаем значение интеграла Пуассона
Примеры.
1.
2.
3.
Во внутреннем
интеграле сделаем замену ,
тогда
и
.
Получим для нашего интеграла
Задача.
Вычислить двойной интеграл от функции
по неограниченной области, заключенной
между линиями
и
.