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三重积分的计算方法:
三重积分的计算是化为三次积分进行的。其实质是计算一个定积分(一重积分)和一个二重积分。从顺序看:
如果先做定积分?f(x,y,z)dz,再做二重积分??F(x,y)d?,就是“投
z1z2D影法”,也即“先一后二”。步骤为:找?及在xoy面投影域D。多D上一点(x,y)“穿线”确定z的积分限,完成了“先一”这一步(定积分);进而按二重积分的计算步骤计算投影域D上的二重积分,完成“后二”这一步。???f(x,y,z)dv???[?f(x,y,z)dz]d?
?Dz1z2如果先做二重积分??f(x,y,z)d?再做定积分?F(z)dz,就是“截面
Dzc2c1法”,也即“先二后一”。步骤为:确定?位于平面z?c1与z?c2之间,即z?[c1,c2],过z作平行于xoy面的平面截?,截面Dz。区域Dz的边界曲面都是z的函数。计算区域Dz上的二重积分??f(x,y,z)d?,完成
Dz了“先二”这一步(二重积分);进而计算定积分?F(z)dz,完成“后
c1c2一”这一步。???f(x,y,z)dv??[??f(x,y,z)d?]dz
?c1Dzc2当被积函数f(z)仅为z的函数(与x,y无关),且Dz的面积?(z)容易求出时,“截面法”尤为方便。
为了简化积分的计算,还有如何选择适当的坐标系计算的问题。可以按以下几点考虑:将积分区域?投影到xoy面,得投影区域D(平面)
(1) D是X型或Y型,可选择直角坐标系计算(当?的边界曲
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面中有较多的平面时,常用直角坐标系计算)
(2) D是圆域(或其部分),且被积函数形如f(x2?y2),f()时,
可选择柱面坐标系计算(当?为圆柱体或圆锥体时,常用柱面坐标计算)
(3)?是球体或球顶锥体,且被积函数形如f(x2?y2?z2)时,
可选择球面坐标系计算
以上是一般常见的三重积分的计算方法。对?向其它坐标面投影或?不易作出的情形不赘述。
yx三重积分的计算方法小结:
1.对三重积分,采用“投影法”还是“截面法”,要视积分域?及被积函数f(x,y,z)
的情况选取。
一般地,投影法(先一后二):较直观易掌握;
截面法(先二后一): Dz是?在z处的截面,其边界曲线方
程易写错,故较难一些。
特殊地,对Dz积分时,f(x,y,z)与x,y无关,可直接计算SDz。因而?
中只要z?[a,b], 且f(x,y,z)仅含z时,选取“截面法”更佳。
2.对坐标系的选取,当?为柱体,锥体,或由柱面,锥面,旋转抛物面与其它曲
面所围成的形体;被积函数为仅含z或zf(x2?y2)时,可考虑用柱面坐标计算。
三重积分的计算方法例题:
补例1:计算三重积分I????zdxdydz,其中?为平面x?y?z?1与三个坐标面
?x?0,y?0,z?0围成的闭区域。
解1“投影法” 1.画出?及在xoy面投影域D. 2. “穿线”0?z?1?x?y
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X型 D:
0?x?1
0?y?1?x0?x?1∴?:0?y?1?x
0?z?1?x?y
3.计算
11?x1?x?y11?xI????zdxdydz??dx?dy?001?0zdz??dx?00111?x(1?x?y)2dy??[(1?x)2y?(1?x)y2?y3]10dx2203111311 ??(1?x)3dx?[x?x2?x3?x4]1 ?06062424
解2“截面法”1.画出?。2. z?[0,1] 过点z作垂直于z轴的平面截?得Dz。
Dz是两直角边为x,y的直角三角形,x?1?z,y?1?z
3.计算
111I????zdxdydz??[??zdxdy]dz??z[??dxdy]dz??zSDzdz
?0Dz0Dz0
1111??z(xy)dz??z(1?z)(1?z)dz??(z?2z2?z3)dz?22202400
补例2:计算???x2?y2dv,其中?是x2?y2?z2和z=1围成的闭区域。 解1“投影法”
?z?x2?2y2?1.画出?及在xoy面投影域D. 由?z?1消去z,
111得x2?y2?1即D:x2?y2?1
2. “穿线”x2?y2?z?1,
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