数量值函数的积分学

二重积分

三重积分

第一类曲面积分

数量值函数积分学的应用

第一类曲线积分

概念、性质、对称性

几何意义

二重积分的性质

对称性

二重积分的精确定义

比较性

估值性

性质2 (积分满足数乘) 被积函数的常系数因子可以提到积分号外

性质1 (积分可加性) 函数和(差)的二重积分等于各函数二重积分的和(差)

二重积分中值定理

普通对称

轮转对称

关于x轴对称

关于y轴对称

关于原点对称

在空间直角坐标系中,二重积分是各部分区域上柱体体积的代数和,在xoy平面上方的取正,在xoy平面下方的取负。某些特殊的被积函数f(x,y)的所表示的曲面和D底面所为围的曲顶柱体的体积公式已知,可以用二重积分的几何意义的来计算。

二重积分的计算

直角坐标系下的计算

极坐标下的计算

X型区域:特点:穿过D内部且平行于y轴的直线,与D的边界交点数不多于两点。

Y型区域:特点:穿过D内部且平行于x轴的直线,与D的边界交点数不多于两点。

在极坐标系下计算二重积分,需将被积函数f(x,y),积分区域D以及面积元素dσ都用极坐标表示。函数f(x,y)的极坐标形式为f(rcosθ,rsinθ)。为得到极坐标下的面积元素dσ的转换,

概念、性质

定义

性质

被积常数中的常数因子可以提到三重积分号外面

函数的和(或差)的三重积分等于各个函数的三重积分的和或差

如果空间闭区域G被有限个曲面分为有限个子闭区域,则在G上的三重积分等于各部分闭区域上三重积分的和

不等性质

估值性质

积分中值定理

定义:设三元函数f(x,y,z)在区域Ω上具有一阶连续偏导数,将Ω任意分割为n个小区域,每个小区域的直径记为rᵢ(i=1,2,...,n),体积记为Δδᵢ,||T||=max{rᵢ},在每个小区域内取点f(ξᵢ,ηᵢ,ζᵢ),作和式Σf(ξᵢ,ηᵢ,ζᵢ)Δδᵢ,若该和式当||T||→0时的极限存在且唯一(即与Ω的分割和点的选取无关),则称该极限为函数f(x,y,z)在区域Ω上的三重积分,记为∫∫∫f(x,y,z)dV,其中dV=dxdydz。

计算方法

直角坐标系法

适用于被积区域Ω不含圆形的区域,且要注意积分表达式的转换和积分上下限的表示方法⑴先一后二法投影法,先计算竖直方向上的一竖条积分,再计算底面的积分。①区域条件:对积分区域Ω无限制;②函数条件:对f(x,y,z)无限制。⑵先二后一法(截面法):先计算底面积分,再计算竖直方向上的积分。①区域条件:积分区域Ω为平面或其它曲面(不包括圆柱面、圆锥面、球面)所围成②函数条件:f(x,y)仅为一个变量的函数。

柱面坐标法

适用被积区域Ω的投影为圆时,依具体函数设定,如设①区域条件:积分区域Ω为圆柱形、圆锥形、球形或它们的组合;②函数条件:f(x,y,z)为含有与或另两种形式)相关的项。

球面坐标系法

适用于被积区域Ω包含球的一部分。①区域条件:积分区域为球形或球形的一部分,锥面也可以;②函数条件:f(x,y,z)含有与 相关的项。

几何意义

三重积分就是四维空间的体积。当积分函数为1时,就是其密度分布均匀且为1,三维空间质量值就等于其体积值。当积分函数不为1时,说明密度分布不均匀。

对弧长的曲线积分

面密度为f(x,y,z) 曲面 Σ 的质量

∫Lf(x,y)ds=limλ→0∑i=1nf(ξi,ηi)Δsi

计算方法

∫Lf(x,y)ds=∫βαf(φ(t),ψ(t))√φ′2(t)+ψ′2(t)dt(α<β)

曲线积分的积分区域是曲线段,因而被积函数中的x和y满足积分曲线L的方程时,可将L的方程代入 :被积函数进行化简,这一点与定积分和重积分不同。 :

∬Σf(x,y,z)dS=limλ→0∑i=1nf(ξi,ηi,ςi)ΔSi

计算方法

∬Σf(x,y,z)dS=∬Dxyf[x,y,z(x,y)]√1+z2x(x,y)+z2y(x,y)dxdy

几何中的应用

面积

体积

物理中的应用

质量

质心

转动惯量

引力

计科2003程菲楠