Тема . Математический анализ

.08 Кратные интегралы (двойные, тройные) Римана.

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела математический анализ
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#89608

Вычислить интеграл

∫∫∫  ∘ -------
       x2 + y2dxdydz
 Ω

где

Ω −  область, ограниченная ли ниями x2 + y2 = z2,z = 1

Указание. Применить цилиндрическую замену координат x = r cosφ,y = r sinφ, z = z

Показать ответ и решение

Наша область - это то, что находится между красным конусом и синей плоскостью:

PIC

PIC

PIC

Разумеется, свести такой тройной интеграл к трем повторным можно и так.

Но вот проблема вся в том, что потом будет очень трудно интегрировать нашу конкретную функцию ∘x2--+-y2   . Поэтому мы будем пользоваться данным нам в условии указанием.

Итак, цилиндрическая замена задается такими функциями:

x = rcosφ, y = r sin φ,z = z

Якобиан такой замены будет

       ( ∂x   ∂x  ∂x)       (                 )
       | ∂r   ∂φ  ∂z|       | cosφ  − rsin φ  0|
J = det|( ∂∂yr   ∂∂yφ  ∂∂yz|) =  det|( sin φ   rcosφ   0|)  = r
         ∂z   ∂z  ∂z
         ∂r   ∂φ  ∂z           0       0     1

Но поскольку r > 0  , то |J| = J = r  .

При такой цилиндрической замене чтобы получилась область Ω  , переменные r,φ,z  должны изменяться в пределах

0 ≤ r ≤ 1,  0 ≤ φ ≤ 2π,  r ≤ z ≤ 1

(обращаем внимание, что z  изменяется от r  до 1, то есть пределы изменения z  будут зависеть от r  и при каждом r  будут разные.)

Кроме того, при такой замене ∘ -------
  x2 + y2 = r  . Поэтому по формуле замены переменной в кратном интеграле, имеем:

∫∫ ∫                   ∫∫ ∫
     ∘x2--+-y2dxdydz =      r ⋅|J |drd φdz

 Ω                      D

Где D = {(r,φ,z)|0 ≤ r ≤ 1, 0 ≤ φ ≤ 2π,  r ≤ z ≤ 1} .

Но тогда

∫ ∫∫                    ∫∫ ∫                ∫∫∫
      ∘ -2----2                                   2
        x + y dxdydz  =      r ⋅ |J|drdφdz =      r drdφdz
  Ω                      D                   D

И интеграл по D  уже легко расписывается по теореме Фубини:

∫∫ ∫             ∫1   2∫π   ∫1       ∫1   ∫2π
     r2drdφdz =    dr   dφ   r2dz =   dr   (zr2)|1dφ =
                                                r
 D               0    0    r        0    0

   ∫1  ∫2π             ∫1
=    dr   (r2 − r3)dφ =   2π(r2 − r3)dr = 2π (r3−  r4)|1 = 2π(1-− 1) = -1-2π = π-
                                            3    4  0      3   4    12      6
   0    0              0
Ответ:

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!