Кратные интегралы. - 9 стр.

UptoLike

Рубрика: 

§4. ôÒÏÊÎÏÊ ÉÎÔÅÇÒÁÌ 9
ðÒÅÏÂÒÁÚÕÅÍ ÄÁÎÎÏÅ ÕÒÁ×ÎÅÎÉÅ Ë ÐÏÌÑÒÎÙÍ ËÏÏÒÄÉÎÁÔÁÍ x = r cos ϕ, y =
r sin ϕ, ÐÏÌÕÞÉÍ:
(r cos ϕ)
3
+ (r sin ϕ)
3
= a(r cos ϕ) · (r sin ϕ) ÉÌÉ r =
a sin ϕ cos ϕ
sin
3
ϕ + cos
3
ϕ
.
ðÏÓËÏÌØËÕ ÐÅÒ×ÏÎÁÞÁÌØÎÏÅ ÕÒÁ×ÎÅÎÉÅ ÎÁÛÅÊ ÆÉÇÕÒÙ ÎÅ ÍÅÎÑÌÏÓØ ÐÒÉ ÚÁ-
ÍÅÎÅ x ÎÁ y, ÔÏ ÌÉÎÉÑ y = x Ñ×ÌÑÅÔÓÑ ÏÓØÀ ÓÉÍÍÅÔÒÉÉ ÆÉÇÕÒÙ. úÎÁÞÉÔ, ÍÙ
ÍÏÖÅÍ ×ÙÞÉÓÌÑÔØ ÔÏÌØËÏ ÐÌÏÝÁÄØ ÐÏÌÏ×ÉÎÙ ÎÁÛÅÊ ÏÂÌÁÓÔÉ (ÚÁÛÔÒÉÈÏ×ÁÎÏ
ÎÁ ÒÉÓÕÎËÅ). ÷ ÜÔÏÍ ÓÌÕÞÁÅ 0 6 ϕ 6
π
4
É ÐÒÉ ÆÉËÓÉÒÏ×ÁÎÎÏÍ ϕ
0 6 r 6
a sin ϕ cos ϕ
sin
3
ϕ + cos
3
ϕ
.
ðÏÜÔÏÍÕ:
S = 2
ZZ
D
r dr = 2
π
4
Z
0
a sin ϕ cos ϕ
sin
3
ϕ+cos
3
ϕ
Z
0
r dr =
= a
2
π
4
Z
0
sin
2
ϕ cos
2
ϕ
sin
3
ϕ + cos
3
ϕ
2
= a
2
π
4
Z
0
tg
2
ϕ cos
4
ϕ
cos
6
ϕ (1 + tg
3
ϕ)
2
=
=
a
2
3
π
4
Z
0
3 tg
2
ϕ d tg ϕ
(1 + tg
3
ϕ)
2
=
a
2
3
π
4
Z
0
d
1 + tg
3
ϕ
(1 + tg
3
ϕ)
2
=
a
2
3 (1 + tg
3
ϕ)
π
4
0
=
a
2
6
.
§4. ôÒÏÊÎÏÊ ÉÎÔÅÇÒÁÌ
åÓÌÉ ÄÁÎÁ ÏÇÒÁÎÉÞÅÎÎÁÑ ÏÂÌÁÓÔØ V × ÐÒÏÓÔÒÁÎÓÔ×Å ÅÌÏ V ) É ÆÕÎË-
ÃÉÑ f (x, y, z), ÏÐÒÅÄÅÌÅÎÎÁÑ × V , ÁÎÁÌÏÇÉÞÎÏ Ä×ÏÊÎÏÍÕ ÉÎÔÅÇÒÁÌÕ ××ÏÄÉÔÓÑ
ÐÏÎÑÔÉÅ ÔÒÏÊÎÏÇÏ ÉÎÔÅÇÒÁÌÁ. äÁÊÔÅ ÓÁÍÏÓÔÏÑÔÅÌØÎÏ ÏÐÒÅÄÅÌÅÎÉÅ ÔÒÏÊÎÏÇÏ
ÉÎÔÅÇÒÁÌÁ (ÁÎÁÌÏÇÉÞÎÏ §1) É ÐÒÏÞÉÔÁÊÔÅ ÅÇÏ × ÕÞÅÂÎÉËÅ.
äÌÑ ×ÙÞÉÓÌÅÎÉÑ ÔÒÏÊÎÏÊ ÉÎÔÅÇÒÁÌ Ó×ÏÄÑÔ Ë Ä×ÏÊÎÏÍÕ ÉÎÔÅÇÒÁÌÕ. ðÒÁ×É-
ÌÏ Ó×ÅÄÅÎÉÑ ÔÒÏÊÎÏÇÏ ÉÎÔÅÇÒÁÌÁ Ë Ä×ÏÊÎÏÍÕ ÍÙ ÐÒÉ×ÅÄÅÍ ÄÌÑ ÓÐÅÃÉÁÌØÎÏÇÏ
ÔÅÌÁ V , ÏÂÌÁÄÁÀÝÅÇÏ ÔÅÍ Ó×ÏÊÓÔ×ÏÍ, ÞÔÏ ×ÓÑËÁÑ ÐÒÑÍÁÑ, ÐÒÏ×ÅÄÅÎÎÁÑ ÞÅÒÅÚ
×ÎÕÔÒÅÎÎÀÀ ÔÏÞËÕ ÔÅÌÁ V ÐÁÒÁÌÌÅÌØÎÏ ÏÓÉ Oz, ÐÅÒÅÓÅËÁÅÔ ÐÏ×ÅÒÈÎÏÓÔØ ÔÅ-
ÌÁ × Ä×ÕÈ ÔÏÞËÁÈ. ÷ ×ÅÒÈÎÅÊ ÔÏÞËÅ z = u(x, y), Á × ÎÉÖÎÅÊ z = v(x, y), ÇÄÅ
ÆÕÎËÃÉÉ u É v ÏÐÒÅÄÅÌÅÎÙ × ÏÂÌÁÓÔÉ D, Á ÏÂÌÁÓÔØ D ¡ ÐÒÏÅËÃÉÑ ÔÅÌÁ V
ÎÁ ÐÌÏÓËÏÓÔØ Oxy (ÓÍ. ÒÉÓÕÎÏË).
§4. ôÒÏÊÎÏÊ ÉÎÔÅÇÒÁÌ                                                                                                     9

    ðÒÅÏÂÒÁÚÕÅÍ ÄÁÎÎÏÅ ÕÒÁ×ÎÅÎÉÅ Ë ÐÏÌÑÒÎÙÍ ËÏÏÒÄÉÎÁÔÁÍ x = r cos ϕ, y =
r sin ϕ, ÐÏÌÕÞÉÍ:
                                                                                                    a sin ϕ cos ϕ
   (r cos ϕ)3 + (r sin ϕ)3 = a(r cos ϕ) · (r sin ϕ) ÉÌÉ r =                                                       .
                                                                                                  sin3 ϕ + cos3 ϕ
   ðÏÓËÏÌØËÕ ÐÅÒ×ÏÎÁÞÁÌØÎÏÅ ÕÒÁ×ÎÅÎÉÅ ÎÁÛÅÊ ÆÉÇÕÒÙ ÎÅ ÍÅÎÑÌÏÓØ ÐÒÉ ÚÁ-
ÍÅÎÅ x ÎÁ y, ÔÏ ÌÉÎÉÑ y = x Ñ×ÌÑÅÔÓÑ ÏÓØÀ ÓÉÍÍÅÔÒÉÉ ÆÉÇÕÒÙ. úÎÁÞÉÔ, ÍÙ
ÍÏÖÅÍ ×ÙÞÉÓÌÑÔØ ÔÏÌØËÏ ÐÌÏÝÁÄØ ÐÏÌÏ×ÉÎÙ ÎÁÛÅÊ ÏÂÌÁÓÔÉ (ÚÁÛÔÒÉÈÏ×ÁÎÏ
ÎÁ ÒÉÓÕÎËÅ). ÷ ÜÔÏÍ ÓÌÕÞÁÅ 0 6 ϕ 6 π4 É ÐÒÉ ÆÉËÓÉÒÏ×ÁÎÎÏÍ ϕ
                                                           a sin ϕ cos ϕ
                                          06r6                           .
                                                         sin3 ϕ + cos3 ϕ
ðÏÜÔÏÍÕ:
                                                                 π            a sin ϕ cos ϕ
                                     ZZ                      Z4              sin3 ϕ+cos3 ϕ
                                                                                 Z
                               S=2        r dr dϕ = 2                dϕ                       r dr =
                                     D                       0                   0
                           π                                             π
                           4                                             4
                                sin2 ϕ cos2 ϕ                                    tg2 ϕ cos4 ϕ
                       Z                                             Z
                   2                                             2
           =a                                     2 dϕ = a                                            2 dϕ   =
                                 3                                                                3
                               sin ϕ +   cos3 ϕ                              cos6 ϕ (1        + tg ϕ)
                       0                                             0
               π                                    π
            4                                   4                                                         π
                                                        d 1 + tg3 ϕ
                                                                             
        2 Z
      a            3 tg2 ϕ d tg ϕ a         2 Z
                                                                               a2                         4
                                                                                                                  a2
    =                         2 =                                  2 = −                                      =      .
      3            (1 + tg3 ϕ)    3                     (1 + tg3 ϕ)      3 (1 + tg3 ϕ)                    0       6
           0                                    0




§4. ôÒÏÊÎÏÊ ÉÎÔÅÇÒÁÌ
   åÓÌÉ ÄÁÎÁ ÏÇÒÁÎÉÞÅÎÎÁÑ ÏÂÌÁÓÔØ V × ÐÒÏÓÔÒÁÎÓÔ×Å (ÔÅÌÏ V ) É ÆÕÎË-
ÃÉÑ f (x, y, z), ÏÐÒÅÄÅÌÅÎÎÁÑ × V , ÁÎÁÌÏÇÉÞÎÏ Ä×ÏÊÎÏÍÕ ÉÎÔÅÇÒÁÌÕ ××ÏÄÉÔÓÑ
ÐÏÎÑÔÉÅ ÔÒÏÊÎÏÇÏ ÉÎÔÅÇÒÁÌÁ. äÁÊÔÅ ÓÁÍÏÓÔÏÑÔÅÌØÎÏ ÏÐÒÅÄÅÌÅÎÉÅ ÔÒÏÊÎÏÇÏ
ÉÎÔÅÇÒÁÌÁ (ÁÎÁÌÏÇÉÞÎÏ §1) É ÐÒÏÞÉÔÁÊÔÅ ÅÇÏ × ÕÞÅÂÎÉËÅ.
   äÌÑ ×ÙÞÉÓÌÅÎÉÑ ÔÒÏÊÎÏÊ ÉÎÔÅÇÒÁÌ Ó×ÏÄÑÔ Ë Ä×ÏÊÎÏÍÕ ÉÎÔÅÇÒÁÌÕ. ðÒÁ×É-
ÌÏ Ó×ÅÄÅÎÉÑ ÔÒÏÊÎÏÇÏ ÉÎÔÅÇÒÁÌÁ Ë Ä×ÏÊÎÏÍÕ ÍÙ ÐÒÉ×ÅÄÅÍ ÄÌÑ ÓÐÅÃÉÁÌØÎÏÇÏ
ÔÅÌÁ V , ÏÂÌÁÄÁÀÝÅÇÏ ÔÅÍ Ó×ÏÊÓÔ×ÏÍ, ÞÔÏ ×ÓÑËÁÑ ÐÒÑÍÁÑ, ÐÒÏ×ÅÄÅÎÎÁÑ ÞÅÒÅÚ
×ÎÕÔÒÅÎÎÀÀ ÔÏÞËÕ ÔÅÌÁ V ÐÁÒÁÌÌÅÌØÎÏ ÏÓÉ Oz, ÐÅÒÅÓÅËÁÅÔ ÐÏ×ÅÒÈÎÏÓÔØ ÔÅ-
ÌÁ × Ä×ÕÈ ÔÏÞËÁÈ. ÷ ×ÅÒÈÎÅÊ ÔÏÞËÅ z = u(x, y), Á × ÎÉÖÎÅÊ z = v(x, y), ÇÄÅ
ÆÕÎËÃÉÉ u É v ÏÐÒÅÄÅÌÅÎÙ × ÏÂÌÁÓÔÉ D, Á ÏÂÌÁÓÔØ D ¡ ÐÒÏÅËÃÉÑ ÔÅÌÁ V
ÎÁ ÐÌÏÓËÏÓÔØ Oxy (ÓÍ. ÒÉÓÕÎÏË).