10.4-5 三重积分计算演示教学.ppt

第4节 一、三重积分的概念 二、三重积分的计算 直角坐标系下三重积分的计算 第10章 一、三重积分的概念 类似二重积分解决问题的思想, 采用 ? 引例: 设在空间有限闭区域 ? 内分布着某种不均匀的 物质, 求分布在 ? 内的物质的 可得 “大化小, 常代变, 近似和, 求极限” 解决方法: 质量 M . 密度函数为 定义. 设 存在, 称为体积元素, 若对 ? 作任意分割: 任意取点 则称此极限为函数 在?上的三重积分. 在直角坐标系下常写作 三重积分的性质与二重积分相似. 性质: 例如 下列“乘 中值定理. 在有界闭域 ? 上连续, 则存在 使得 V 为? 的 体积, 积和式” 极限 记作 利用直角坐标计算三重积分 方法1 . 投影法 (“先一后二”) 方法2 . 截面法 (“先二后一”) 方法3 . 三次积分法 先假设连续函数 并将它看作某物体 通过计算该物体的质量引出下列各计算 最后, 推广到一般可积函数的积分计算. 的密度函数 , 方法: 方法1. 投影法 (“先一后二” ) 该物体的质量为 细长柱体微元的质量为 微元线密度≈ 记作 方法2. 截面法 (“先二后一”) 为底, d z 为高的柱形薄片质量为 该物体的质量为 面密度≈ 记作 投影法 方法3. 三次积分法 设区域 利用投影法结果 , 把二重积分化成二次积分即得: 当被积函数在积分域上变号时, 因为 均为非负函数 根据重积分性质仍可用前面介绍的方法计算. 其中? 为三个坐标 例1. 计算三重积分 所围成的闭区域 . 解: 面及平面 例2. 计算三重积分 解: 用“先二后一 ” 教材P.174例题4.4 教材P.174例题4.5 第5节 柱面坐标与球面坐标系下 三重积分的计算 第10章 1. 利用柱坐标计算三重积分 就称为点M 的柱坐标. 直角坐标与柱面坐标的关系: 坐标面分别为 圆柱面 半平面 平面 如图所示, 在柱面坐标系中体积元素为 因此 其中 适用范围: 1) 积分域表面用柱面坐标表示时方程简单 ; 2) 被积函数用柱面坐标表示时变量互相分离. 其中?为由 例1. 计算三重积分 所围 解: 在柱面坐标系下 及平面 柱面 成半圆柱体. 例2. 计算三重积分 解: 在柱面坐标系下 所围成 . 与平面 其中?由抛物面 原式 = 2. 利用球坐标计算三重积分 就称为点M 的球坐标. 直角坐标与球面坐标的关系 坐标面分别为 球面 半平面 锥面 如图所示, 在球面坐标系中体积元素为 因此有 其中 适用范围: 1) 积分域表面用球面坐标表示时方程简单; 2) 被积函数用球面坐标表示时变量互相分离. 例3. 计算三重积分 解: 在球面坐标系下 所围立体. 其中? 与球面 例4.求曲面 所围立体体积. 解: 由曲面方程可知, 立体位于xoy面上部, 利用对称性, 所求立体体积为 yoz面对称, 并与xoy面相切, 故在球坐标系下所围立体为 且关于 xoz 内容小结 积分区域多由坐标面 被积函数形式简洁, 或 坐标系 体积元素 适用情况 直角坐标系 柱面坐标系 球面坐标系 * 说明: 三重积分也有类似二重积分的换元积分公式: 对应雅可比行列式为 变量可分离. 围成 ; 1. 将 用三次积分表示, 其中?由 所 提示: 思考与练习 六个平面 围成 , * * * * (L.P301例3)