第十章重積分經典例題

2022-08-30 05:33:04 字數 1089 閱讀 4664

內容要點

一、在直角座標系下二重積分的計算

對型區域:,有

(2.2)

對型區域:,有

(2.3)

二、交換二次積分次序的步驟

(1)對於給定的二重積分先根據其積分限

畫出積分區域d(圖9-2-13);

(2)根據積分區域的形狀,按新的次序確定積分區域d的積分限(3)寫出結果

三、利用對稱性和奇偶性化簡二重積分的計算

利用被積函式的奇偶性及積分區域d的對稱性,常會大大化簡二重積分的計算. 在例5中我們就應用了對稱性來解決所給問題. 如同在處理關於原點對稱的區間上的奇(偶)函式的定積分一樣,在利用這一方法時,要同時兼顧到被積函式的奇偶性和積分區域d的對稱性兩方面.

例13 計算積分

解不能用初等函式表示,先改變積分次序. 題設二次積分的積分限:

可改寫為,所以

例17 證明不等式其中

證因為關於對稱,所以,故

又由於及而的面積為 1. 由二重積分性質,有例6 (e03) 求由曲面所圍立體的體積.

解由於曲面僅相交於原點,則積分區域在平面上的投影區域為下曲面為上曲面為於是

例8 求,其中是由橢球面所成的空間閉區域.

解易見,區域在軸上的投影為在此區間內任取作垂直於軸的平面,截得一橢圓截面所以

原式二、利用球面座標計算三重積分

點的直角座標與柱面座標之間的關係為

5.3)

球面座標系中的三族座標面分別為

常數:一族以原點為球心的球面;

常數:一族以原點為頂點,軸為對稱軸的圓錐面;

常數:一族過軸的半平面.

球面座標系中的體積微元:,

三、三重積分的應用

空間立體的重心

, .

其中,為該物體的質量.

空間立體的轉動慣量

.空間立體對質點的引力

例10 (e07) 設半徑為的勻質球(其密度為常數)占有空間區域求它對位於處的單位質量的質點的引力.

解設球的密度為由球體的對稱性及質量分布的均勻性知所求引力沿軸的分量為其中為球的質量.

注: 本題表明,勻質球對球外一質點的引力如同球的質量集中於球心時兩質點間的引力.

第十章技術

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