- •1 Двойные и тройные интегралы
- •Двойной интеграл
- •Двойной интеграл и его приложения
- •1.1.2 Замена переменных в двойном интеграле
- •Примеры решения задач
- •Тройной интеграл
- •Тройной интеграл и его приложения
- •1.2.2 Замена переменных в тройном интеграле.
- •Примеры решения задач
- •2 Криволинейные интегралы первого рода
- •Криволинейные интегралы первого рода
- •2.2 Примеры решения задач
1 Двойные и тройные интегралы
Двойной интеграл
Двойной интеграл и его приложения
Пусть ограниченная функция определена в некоторой замкнутой области плоскости Разобьем область произвольным образом на меньших областей не имеющих общих внутренних точек, в каждой части возьмем произвольную точку , вычислим значение и составим сумму
(1.1)
где ― площадь
Эта сумма называется интегральной суммой функции , соответствующей данному разбиению области на части и данному выбору промежуточных точек .
Диаметром ограниченного множества назовем точную верхнюю грань расстояний между двумя произвольными точками этого множества:
Пусть ― диаметр , .
Если существует предел интегральной суммы (1.1) при не зависящий от способа дробления области на части и выбора точек в них, то он называется двойным интегралом от функции по области и обозначается
т. е.
а функция называется интегрируемой в области .
Если функция непрерывна в замкнутой области , то она интегрируема в этой области.
Двойные интегралы обладают такими же свойствами, как и определенные интегралы (линейность, аддитивность, формулы среднего значения и т. д.).
Геометрический смысл двойного интеграла: если в области то двойной интеграл
(1.2)
численно равен объему цилиндрического тела с основанием и образующей, параллельной оси которое ограничено сверху поверхностью (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1
В частности, когда двойной интеграл (1.2) равен площади области т. е.
. (1.3)
Физический смысл двойного интеграла: если область ― плоская пластинка, лежащая в плоскости с поверхностной плотностью распределения вещества, то массу пластинки находят по формуле
(1.4)
статические моменты пластинки относительно осей и находят по формулам:
(1.5)
координаты центра масс пластинки:
(1.6)
моменты инерции пластинки относительно осей координат и начала координат:
(1.7)
Область которая определяется неравенствами где и ― однозначные непрерывные функции на отрезке называется стандартной относительно оси Аналогично определяется стандартная область относительно оси
Область стандартную как относительно оси так и относительно оси называют просто стандартной областью. На рисунке 1.2 показана стандартная относительно оси область
В случае стандартной области всякая прямая, параллельная оси координат и проходящая через внутреннюю точку области пересекает границу области в двух точках (рисунок 1.2).
|
|
Рисунок 1.2 Рисунок 1.3
Если ― область интегрирования, стандартная относительно оси двойной интеграл вычисляется по формуле
(1.8)
Правую часть формулы (1.8) называют повторным интегралом, а интеграл
называют внутренним интегралом.
Вычисление повторного интеграла следует начинать с вычисления внутреннего, в котором переменную надо принять при интегрировании за постоянную величину. Результат интегрирования будет некоторой функцией от которая интегрируется затем по отрезку В результате получается некоторое число ― значение интеграла (1.8).
Если область является стандартной относительно оси (рисунок 1.3), двойной интеграл вычисляется по формуле
(1.9)
Процесс расстановки пределов интегрирования для внутреннего и внешнего интегралов называется приведением двойного интеграла к повторному, а переход от формулы (1.8) к формуле (1.9) или наоборот ― изменением порядка интегрирования.
Если область не является стандартной ни относительно оси , ни относительно оси , ее разбивают на конечное число областей стандартных относительно оси (или ), и при вычислении двойного интеграла по области используют свойство аддитивности.