当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第三章重积分 > 第四节 三重积分 > 直角坐标系
好 我们现在来看一下
一个三重积分如何是化成累次积分的
化成累次积分
在直角坐标系下考虑问题
我们来看一下
Ω是一个空间中的一个空间有界区域
闭区域
如果说Ω这个区域
可以表示成这种形式
(x,y)是在平面上某一个区域上的点
z是大于等于z1(x,y)
小于等于z2(x,y)
我们来看看是怎么理解这件事情
我们把Ω这个区域
朝(x,y)平面上做投影
投影下来你会发现
这有一个投影区域
我们把这个投影区域叫做Dxy
我在投影区域上随便找一个点
沿着平行z轴方向上走
是不是就有一条线
进了Ω 然后在Ω里面穿行
再有一个点是不是就出来了
我们把进去的那个点叫做z等于z1(x,y)
把出来的那个点叫做z等于z2(x,y)
那这时候 也就是说我们把
Ω区域的外边界面
分成了下半部和上半部
下半部叫做z1
上半部叫做z2
给了一点朝上一走
是不是总是有一个点
小的z是进去 大的z是出来
那么这个就是Ω区域
显然这种Ω区域看上去还简单一点
至少有一件事情
就是里面不能有洞的
如果说你发现里面有洞的话
你会发现有一个进去的
在洞里面是不是就出Ω区域
然后还有一个进去的
再有一个出来的
有很多很多进去
很多很多出来的
如果说发现是有洞的怎么办
我们知道 三重积分关于积分区域
具有可加性
我们可以通过一些分割
把这个积分区域变得简单
在每一小部分
都满足这种形式的区域
我们就可以来计算了
所以一旦Ω是一个简单的区域
就是用这种形式来表示
那么我们可以证明
一个三重积分Ωf(x,y,z)dxdydz
可以写成下面那种形式的累次积分
Dxy dxdy 然后下限是z1(x,y)小的
上限是z2(x,y)
f(x,y,z)dz
这是一个累次积分
一共是两次积分
第一次积分是里面那个定积分
第二次积分是外面的二重积分
那么在做定积分的时候
把x和y都看成是常数
只有z一个变量
对z的一个定积分
这个当然就是定积分的问题
我们是会的
做完一次定积分之后
那么这个积分的结果就是x y的一个函数
我们把这个x y的函数放到二重积分
二重积分我们已经学过了
这个我们也已经是会的
所以这样的话就达到了我们的目的
就是把一个我们新引进的三重积分
变成了我们会的两个积分
一个是定积分
一个是二重积分 累次积分
如果你再要做计算
那么你可以发现这个二重积分
实际上就是两个定积分的累次积分
如果说Dxy这个区域又可以写成
平面上(x,y) x大于等于a小于等于b
y小于等于y2(x)大于等于y1(x)
那么这个时候我们三重积分
Ω中的三重积分f(x,y,z)dxdydz
就可以表示成三次积分的累次积分
从a到b dx
从y1(x)到y2(x)dy
从z1(x,y)到z2(x,y)f(x,y,z)dz
那么这就是三个定积分的累次积分
我们做一个积分
再做一个定积分
最后再做一个定积分
最后我们可以得到我们想要的
三重积分的数值
如果说我的积分区域再稍微改写一下
变成这个样子
直角坐标系下 xyz Ω区域
如果这个Ω区域可以写成
下面那种形式
那么z大于等于c小于等于d
那么(x,y)属于Dz
那么这个区域是什么样的一种区域
我们把Ω区域
刚才我们是先朝xy平面上做投影
得到的Dxy
我们先不做这个投影
我把Ω区域朝z轴上做投影
这是一个立体的
所以投影是这么一个过程
朝z轴上做投影
这时候我们在z轴上得到c d两个点
c小于等于d
我在z属于(c,d)的任意一点
我随便找一个点
我切一刀下去
最后你可以发现
Ω中是不是切出一个平面 切下来
我们把这个切出来的区域把它记成Dz
也就是说Dz实际上是这个平面
在xy平面上的投影
所以相对于Ω区域
先在z轴上做一个投影
给出上限是d下限是c
然后你在c d之间随便找一个点 切下来
得到的这么一个区域
你会发现这么一件事情
Dz实际上是这个区域的形状和大小
与z是有关的
我们给一个很简单的例子
大家看一下这个区域
我们画一个简单的图像
就是一个球
很简单
一个球朝z轴上的投影
如果是x方加y方加z方小于等于1
这个一投影是不是就是正1
这下面呢 是不是就是负1
负一到正一
我在负一到正一这个范围里
我随便切一刀 切下去之后
那么你会发现这一刀一切的话
这个区域在xy平面上的投影
我们把它叫做Dz
你可以发现随着z的取值不一样
这个圆的大小一定在改变
你看 当z取零的时候是不是圆是最大的
半径是1
慢慢上去 这个圆Dz是不是慢慢小了
到z等于正一的话那个半径就是零了
那个圆就不存在就是一个点了
再朝外走当然就不会有了
所以Dz实际上是一个xy平面上的区域
它是跟z的取值是有关系的
不同的z Dz是不一样的
如果说这个Ω可以写成这个样子
那么我们这个三重积分Ω区域中的
f(x,y,z)dxdydz
就可以写成
从c到d上的积分dz
要注意积分写在前面的是最后做的那个积分
然后是在Dz上f(x,y,z)dxdy
变成一个二重积分
和一个定积分的累次积分
如果说你把这个二重积分再写开
实际上可以写成两个定积分的累次积分
这样的话实际最后
还是三个定积分的累次积分
那么如果说一个Ω区域
既可以表达成这种形状的区域
又可以表达成这种形状的区域
那么这时候这两个积分
实际上是应该相等的
这个一相等
实际上就是我们原来提过的那个问题
就是三次积分的
交换积分顺序的问题
那么这当然相对来讲是比较困难的
所以我们不准备做更深入的展开讨论
-第一节 多元连续函数
--开集、闭集、区域
--二重极限的定义
--二重极限的例题
--二次极限的定义
-第一章 多元函数微分学--第一节练习题
-第二节 多元函数的偏导数
--偏导数的概念
--偏导数的几何意义
--高阶偏导数的概念
-第一章 多元函数微分学--第二节练习题
-第三节 多元函数的全微分
--全微分的概念
--可微的必要条件
--可微的充分条件
--可微的充要条件
--多元函数的原函数
-第一章 多元函数微分学--第三节练习题
-第四节 多元函数的微分法
--隐函数存在定理
--隐函数组求导法
-第一章 多元函数微分学--第四节练习题
-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量
--方向导数的概念
--方向导数的计算
-第一章 多元函数微分学--第五节练习题
-第六节 映射及其微分
--复合映射的微分法
-第一章 多元函数微分学--第六节练习题
-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)
-第一章 多元函数微分学--第七节练习题
-第一节 多元函数微分学的几何应用
-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题
-第二节 多元函数的极值
--极值点的判别法
--极值问题举例
-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题
-第三节 多元函数的条件极值
--条件极值问题举例
--最小二乘法
-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题
-第一节 二重积分的概念和性质
--二重重积分引入
--二重积分定义
--二重积分性质
-第二节 二重积分的计算
-第三章重积分--第二节练习题
-第三节 极坐标系及一般坐标系
--极坐标系
--一般坐标系
-第三章重积分--第三节练习题
-第四节 三重积分
--三重积分的引入
--三重积分的定义
--三重积分的性质
--直角坐标系
--空间坐标变换
--空间柱坐标系
--球坐标系
--球坐标系例题
-第三章重积分--第四节 练习题
-第五节 第一类曲线积分
-第三章重积分--第五节 练习题
-第六节 第一类曲面积分
-第三章重积分--第六节 练习题
-第七节 含参变量积分
--含参定积分的定义
--含参积分的连续性
--含参积分的导数
--含参积分的例题
-- 广义含参积分的一致收敛性
-第三章重积分--第七节 练习题
-第一节 第二类曲线积分
-第四章 向量分析--第一节 练习题
-第二节 Green公式及其应用
-第四章 向量分析--第二节 练习题
-第三节 第二类曲面积分
--曲面的定向
-第四章 向量分析--第三节 练习题
-第四节 Gauss公式与Stokes公式
--Gauss公式
-第四章 向量分析--第四节 练习题
-第五节 无源场,保守场与调和场
--平面保守场
--势函数及其计算
--空间保守场
--常见的场
-第四章 向量分析--第五节 练习题
-第一节 微分方程的基本概念
--微分方程概念举例
-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)
--变量分离方程
--齐次型方程
-第五章 常微分方程--第二节 练习题
-第三节 高阶线性微分方程解的结构
-第五章 常微分方程--第三节 练习题
-第四节 高阶线性常系数微分方程
--欧拉方程
--欧拉方程举例
-第五章 常微分方程--第四节 练习题