- •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
II Двойной интеграл в полярной системе координат
Известные формулы
,
осуществляют взаимно-однозначное
отображение полуполосы
в системе
на всю плоскость
.
Исключение составляет отрезок
,
которому соответствует единственная
точка
.
Якобиан этой системы функций имеет вид
J
.
Итак, для перехода в двойном интеграле от декартовой системы координат к полярной имеем формулу
![]()
Замечание 1. Переход в ПСК рекомендуется в случае, когда область интегрирования есть круг или его часть.
Пример 2.
Вычислить двойной интеграл
,
где ![]()
Решение.

Замечание 2. В случае, когда область интегрирования есть эллипс
(или его часть),
рекомендуется переход в обобщенную
полярную систему координат

якобиан которой
.
Задачи.
1.Переходя в
подходящую систему координат, вычислить
площадь криволинейного четырёхугольника,
ограниченного линиями
,
,![]()
2. Вычислить
объём тела, ограниченного поверхностями
,
(параболоид вращения).
§5. Приложения двойного интеграла
І Вычисление площади плоской фигуры
![]()
Пример 1.
Вычислить площадь фигуры, ограниченной
замкнутой линией
![]()
Решение. От данного – декартового – уравнения линии перейдём к полярному:
![]()
После упрощения получим
![]()
В силу симметрии
линии относительно обеих осей (переменные
и
входят в уравнение в чётных степенях),
достаточно рассматривать часть области,
лежащую в первой четверти. Выражение
для
имеет смысл при
![]()
В первой четверти
это условие выполняется при
.
Итак, рассматриваемая часть фигуры
лежит между лучами
и
и для каждого
полярные радиусы не превосходят
.
Находим площадь:


ІІ Вычисление объёмов тел

А. Объём цилиндри- ческого тела
![]()
Отметим, что кроме
этой формулы можно написать ещё две
аналогичные. Речь идёт
о случаях,
когда “основание” тела лежит в плоскости
или
,
а “крыша” задаётся, соответственно,
неотрицательной функцией
или ![]()
Пример
2.
Вычислить объём тела, ограниченного
поверхностями ![]()
y x z 1 2 x 1 y 2













–
это цилиндрическая поверхность,
образующие которой
параллельны оси ординат (переменной
нет
в уравне-

нии!), а направляющей
служит парабола
в плоскости
.
Поверхности
и
– координатные плоскости
и
соответственно, а
– плоскость,
параллельная оси
.
Проекция тела
на плоскость
,
т.е. его “основание” – это прямоугольник
.
Однако, над одной его частью “крышей”
служит плоскость
,
а над другой частью “крыша” – это
параболический цилиндр
.
Поэтому, при сведении двойного интеграла
к повторному необходимо разбить
на две части.
Лучше спроектировать
тело на плоскость
.
В этой плоскости “основание” данного
тела – это параболический сегмент
.
“Крышей” в этом случае служит плоскость
,
т.е.
.
И
так,
имеем для объёма

![]()
B.
Тело ограничено
двумя поверхностями
и
,
причём
и его проекция
на плоскость
–
это плоская область
:
![]()
![]()
И ещё две аналогичные
формулы для случая проектирования
на другие координатные плоскости.
Пример3.
Найти объём тела, ограниченного
поверхностями
(верхняя часть конуса
)
и
(“опрокинутый” и сдвинутый вверх
параболоид).

Решение.
Если из системы уравнений конуса и
параболоида исключить переменную
,
то получим уравнение границы проекции
тела на плоскость
:
или
Решив это квадратное
(относи-тельно
)
уравнение получим
=R
(второй корень посторонний). Итак,
– это круг радиуса
с центром в
,
и поэтому лучше перейти в ПСК:

