Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
высшая математика руководство к решению задач часть 3.pdf
Скачиваний:
2581
Добавлен:
26.07.2016
Размер:
835 Кб
Скачать
☆

 

 

 

2 Ry − y

2

π

 

2 R sin ϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 R

 

 

(ρ cos ϕ , ρ sin ϕ )ρdρ .

 

 

 

 

 

 

 

 

∫ dy

∫ f

(x, y)dx = ∫2

dy

∫ f

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

0

 

π

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

6

 

 

2 sin ϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачи:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Вычислить ∫∫е− x2 − y2 dxdy , если область D – круг x2

+ y 2 ≤ a2 .

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Вычислить

∫∫ 1−

x

2

−

y2

dxdy

, если область D :

x

2

+

 

y

2

≤ 1.

a

2

b

2

 

 

 

a

2

 

b

2

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тройные интегралы в декартовой системе координат

Цель: научить вычислять тройные интегралы.

Вычисление тройного интеграла в декартовой системе координат ∫∫∫ f ( x, y,z )dxdydz ,

V

может быть осуществлено посредством ряда последовательных интегрирований.

Чтобы вычислить тройной интеграла по области V надо:

∫∫∫ f (x, y,z)dxdydz = ∫∫ dxdyz∫2 f (x, y,z)dz , где D –проекция области V на плоскость xoy, а

V

 

D

z1

z = z1

(x, y); z2

(x, y)- уравнения поверхностей, ограничивающих область сверху и снизу.(рис1)

Рис 1

В случае когда D простая область, то тройной интеграл вычисляется по формуле:

 

b

y2

( )

z2

(x ,y )

(x, y,z)dz , где

∫∫∫ f (x, y,z)dxdydz = ∫ dx

∫ dy

 

∫ f

V

a

y1

(x)

z1(x ,y )

 

a < x < b

V : y1 (x) < y < y2 (x)

z1 (x, y) < z < z2 (x, y)

Если областью интегрирования служит внутренность параллелепипеда с гранями, параллельными координатным плоскостям (рис 2), то пределы интегрирования постоянны во всех трёх интегралах :

35

 

b

d

l

∫∫∫ f ( x, y,z )dxdydz= ∫ dx∫ dy∫ f ( x, y,z )dz.

V

a

c

k

В этом случае интегрирование можно производить в любом порядке, пределы интегрирования будут при этом сохраняться.

Если же в общем случае менять порядок интегрирования (т.е., скажем, интегрировать сначала по направлению оси Оу, а затем по области плоскости Oxz), то это приведёт к изменению порядка интегрирования в тройном интеграле и к изменению пределов интегрирования по каждой переменной.

 

Рис 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аудиторная и самостоятельная работа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x2 xy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 1. Вычислить интеграл ∫ ∫∫ x2 yzdzdydx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

x2 xy

 

2

 

 

 

1

x2

 

2

 

z 2

 

xy

 

 

 

1

 

1 x2

 

2

2 2

1

1 x2

 

4 3

1

1

 

4

y 4

 

x2

 

 

∫ ∫∫

 

 

 

 

∫ ∫

 

 

 

 

 

 

∫∫

 

∫∫

 

∫

 

 

 

 

x

 

yzdzdydx =

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

yx y dydx =

 

x

y dydx =

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

2

 

 

 

dydx =

2

 

 

 

2

 

2

 

 

 

4

 

 

dx =

 

 

0 0 0

 

 

 

 

 

0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0 0

 

 

 

0 0

 

 

0

 

 

 

 

 

0

=

1

∫1

x4 x8

dx =

1

∫1 x12 dx =

1

 

 

1

 

x13

 

1 =

 

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

0

4

 

8

0

 

 

 

8

13

 

 

 

0

104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2. Вычислим тройной интеграл I = ∫∫∫(x + y + z)dxdydz,

Ω

где V – область, ограниченная координатными плоскостями x=0, y=0, z=0 и плоскостью x+у+ z=1 (пирамида, изображённая на рис.3).

Интегрирование по z совершается от z=0 до z = 1 - x - у. Поэтому, обозначая проекцию области V на плоскость Оху через D, получим

 

 

1−x− y

 

 

z

2

 

 

1− x− y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I = ∫∫dxdy

∫(x + y + z)dz = ∫∫ (x

+ y)z +

 

 

 

 

dxdy =

 

 

 

 

 

 

D

0

 

2

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

=

∫∫

(x + y) − (x + y)2 +

(1− x − y)2

dxdy.

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расставим теперь пределы интегрирования по области D – треугольнику, уравнения сторон которого х = 0, у = 0, x+ у = 1:

 

1

1−x

 

 

 

 

(1− x − y)

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I = ∫dx ∫ (x + y) − (x + y)2

+

 

 

 

dy =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

(x + y)2

 

(x + y)3

 

(1

− x − y)3

 

1−x

1

 

1

 

x2

 

1

 

x3

 

(1

− x)3

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ∫dx

 

−

 

−

 

 

 

 

 

 

 

= = ∫

 

−

 

−

 

+

 

+

 

 

dx =

 

.

2

3

 

6

 

 

 

 

2

2

3

3

 

6

8

0

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36

Пример 3. Вычислить ∫∫∫ y cos(x + y)dxdydz , если V ограничена поверхностями

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = x ,

y = 0 , z = 0 , x + z = π

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строим область V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проекцией области V на плоскость xoy является область D,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ограничена линиями y =

 

x ,

y = 0 ,

x = π

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

x

π − x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫∫ y cos(x + y)dxdydz =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫2 dx ∫ dy 2∫ y cos(x + z)dz =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π 2

 

 

 

 

 

 

 

 

π

− x

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

+ z)

 

2

 

x

− sin x)dy =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ∫

dx ∫

y sin(x

02

 

dy =

∫ dx ∫ y(1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

x

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

y

2

 

 

 

 

 

x

 

 

 

x

2

 

 

x

 

 

 

1

 

 

 

2

 

2

 

1

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

∫

 

(1

− sin x)

 

 

dx =

∫

(1− sin x)

− 0 dx =

 

+

cos x −

 

sin x

 

 

 

= π

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

4

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

16 2

 

 

0

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 4. Вычислить интеграл

∫∫∫6x 2 ey + z dxdydz ,

T

где Т — область, ограниченная цилиндром х3 = у и плоскостями х = 0, у + z = 1, z = 0.

Решение. Построим данное тело (см. рис. 12.27) и представим данный интеграл по формуле

 

 

1−y

 

I = ∫∫∫6x 2ey + zdv = 6 ∫∫x 2dxdy

∫ ey + zdz,

 

T

Dxy

0

 

где Dxy — проекция тела Т на плоскость xoy

 

z

 

y

 

 

 

 

o

1 y

o

1 x

x

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

y + z 1−y

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

y 1

 

 

1

 

 

 

 

x3

 

 

 

 

∫

 

2

 

 

∫

 

 

∫

 

2

 

∫

 

 

y

 

 

 

 

 

∫

2

 

 

 

 

 

 

∫

 

2

3

 

I =

6

x dx

dy [e

]0

 

= 6

x dx

(e

− e )dy =

=

6

x dx [ey − e ]x3 =

6

x

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e − e − ex

 

+ e dx

 

 

 

0

 

 

 

 

x 3

 

 

 

 

 

0

 

 

 

x 3

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

3

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

3

 

 

 

x

6

 

1

 

 

 

 

1

 

3

 

1

e

 

= 2(e − 1) − e = e − 2.

 

 

 

 

2

x

 

 

 

5

 

 

 

 

1

 

x

 

 

3

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

= 6∫ x

e dx − e∫ x

 

dx

 

= 6

3

∫ e dx

 

− e

6

 

 

=

= 6

3 e

 

 

 

−

6

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37

Задачи:

1. Вычислить ∫∫∫(2x + 3y − z)dxdydz , если область V- призма, ограниченная плоскостями

V

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

Ответ: 11.

2. Вычислить ∫∫∫ xz 2 dxdydz , если область V- ограниченна плоскостями y = 0 , z = 0 ,

V

z = 3 ,. y = 2 , x = 2y − y 2

Ответ: 30.

Тройные интегралы в цилиндрических и сферических координатах

Цель: научить вычислять тройные интегралы в цилиндрических и сферических координатах

Аудиторная работа

Цилиндрическая система координат

Цилиндрическими координатами точки М являются числа r, ϕ, z, где 0 ≤ ϕ ≤ 2π ,

− ∞ < z < ∞ , 0 ≤ r ≤ ∞

Связь координат произвольной точки M пространства в цилиндрической системе с координатами в декартовой прямоугольной системе осуществляется по

x = r cosϕ

формулам: y = r sinϕ

z = z

r = x2 + y 2 ; ϕ = arctg

y

;

z = z;

 

x

 

 

Тогда тройной интеграл в цилиндрических координатах вычисляется по формуле:

∫∫∫ f ( x, y,z )dx dy dz = ∫∫∫ f ( r cosϕ ,r sinϕ ,z )r dr dϕ dz .

V V

Пример 1. Вычислить ∫∫∫ z x2 + y 2 dxdydz , если V ограничена поверхностями z = 1,

v

x2 + y 2 = 2x , y ≥ 0 , z = 0 .

Область V проецируется на координатную плоскость в область D, ограниченную прямой у = 0 и дугой окружности

x2 + y 2 = 2x .

Поэтому перейдем к цилиндрическим координатам

38

z

 

x2 + y 2

= z r 2 cos2 ϕ + r 2 sin2 ϕ = z

r 2

= z r .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 ≤ ϕ ≤

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

+ y 2

= 2x → r 2 = 2r cosϕ → r = 2cosϕ , где

0 ≤ r ≤ 2cosϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 ≤ z ≤ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычисляем тройной интеграл:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

2 cosϕ

 

 

π

 

2 cosϕ

 

 

z

2

 

1

 

 

1

π

 

r

3

 

2 cosϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫∫ z

x2

+ y 2 dxdydz = ∫ dϕ

 

∫ rdr∫ z

rdz =

 

∫ dϕ

 

∫

r 2 dr

 

 

 

=

∫ dϕ

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

0

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

π

8

 

 

 

 

4

π

 

 

 

 

 

4

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

4

 

 

 

 

0

4

 

 

 

 

π

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

3

 

2

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2

 

 

=

 

∫

 

cos

 

ϕdϕ =

 

∫ (1− sin

 

ϕ )cos

ϕdϕ =

 

 

 

∫ (1

− sin

 

ϕ )d (sinϕ )

=

 

sinϕ

−

 

sin

 

ϕ

 

 

=

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

0

3

 

 

 

 

3

0

 

 

 

 

 

3

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

0

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2. Вычислить тройной интеграл ∫∫∫ (x 2

+ y 2 )dV ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где область Т ограничена параболоидом x2 + y2 = 2z и плоскостью z = 2

 

Решение. Поскольку проекцией тела на плоскость хоу является круг, удобно выполнить

 

z

 

вычисление тройного интеграла в цилиндрических координатах

 

2

 

x = ρ cosϕ, y = ρ sinϕ,

 

 

 

dv = ρdρdϕdz, x2 + y2 = ρ2.

x

0

y

Уравнения поверхностей принимают вид z = ρ22 , z = 2.

Каждая из поверхностей является соответственно геометрическим местом, первая – аппликат точек входа в область, вторая – аппликат точек выхода из области. Граница области Dxy – проекция линии

пересечения поверхностей – окружность:

 

 

 

ρ2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ,

ρ

= 4

ρ = 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z =

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итак, 0 ≤ ϕ ≤ 2π,

0 ≤ ρ ≤ 2;

 

 

ρ2

≤ z ≤ 2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫∫(x 2

+ y 2 )dV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

2

 

 

 

2

 

 

 

= ∫∫∫ρ2 dρdϕdz = ∫ dϕ∫ ρ3 dρ ∫ dz =

V

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

ρ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

= 2π

2

ρ

3

 

2

−

ρ2

 

 

 

ρ4

−

ρ6

 

 

2

 

 

−

16

=

16

π.

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

12

 

 

 

 

 

 

3

 

 

3

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачи:

1. Вычислить интеграл ∫∫∫ zdxdydz , преобразовав его к цилиндрическим координатам,

V

если область V, ограничена поверхностями x2 + y 2 + z 2 = 4 , z ≥ 1.

39

Самостоятельная работа

Сферическая система координат.

Сферическими координатами точки М являются числа r, ϕ, θ , где 0 ≤ ϕ ≤ 2π , 0 ≤ θ ≤ π , 0 ≤ r ≤ ∞

Связь координат произвольной точки М пространства в сферической системе с координатами в декартовой прямоугольной системе осуществляется по формулам:

x = r sinϕ cosθy = r sinϕ sinθz = r cosϕ

r =

x2 + y 2 + z 2 ; θ = arctg

y

;

ϕ = arctg

x2 + y 2

;

 

 

x

 

 

z

 

Тогда тройной интеграл в сферических координатах вычисляется по формуле:

∫∫∫ f ( x, y,z )dx dy dz = ∫∫∫ f ( r cosϕ sinθ ,r sinϕ sinθ ,r cosθ )r 2 sinθ dr dϕ dθ

V V

 

Пример 3 .

Вычислить ∫∫∫ zdzdxdy , если область V ограничена сферической

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поверхностью x2

+ y 2

+ z 2

= 4 и плоскостью z ≥ 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проекцией области V на плоскость XOY является круг r = 2 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поэтому

0 ≤ ϕ ≤ 2π . Найдем в каких пределах находится угол θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим

 

ОО’А, тогда cosθ =

OO'

=

 

1

 

→ θ =

π , значит

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OA

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

переменная θ изменяется в интервале 0 ≤ θ ≤

π .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перейдем к сферическим координатам

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 + y 2

 

+ z 2

 

= 4 → r 2 cos2 ϕ sin2 θ + r 2 sin2 ϕ sin2 θ + r 2 cos2 θ = 4 → r 2

= 4 → r = 2

 

 

 

 

 

 

 

 

z = 1 → r cosθ

= 1 → r =

 

 

1

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cosθ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычисляем тройной интеграл:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

2π

 

3

r 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫∫ zdzdxdy =

∫

dϕ

∫

sinθdθ

 

 

∫

 

r

 

rdr cosθ =

∫ dϕ

∫ sinθ cos

θdθ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

1cosθ

 

 

 

 

0

0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cosθ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

dθ = 2π dϕ

π

 

 

 

 

π

 

d cosθ

 

 

 

1

 

cos

−2

 

π

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

2π dϕ

 

3 sinθ cosθ

4 −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34 sinθd(sinθ )+

2π dϕ

 

 

3

= 2π

2sin2 θ

π 3 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4cos

4

 

 

 

 

∫

∫

 

 

∫

 

 

cos

3

 

 

 

 

 

 

0

4

 

− 2

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

θ

 

0

0

 

 

0

0

 

 

θ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

−

 

 

 

+

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

8

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40