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 > 三重积分的计算:例题(2)
好 我们再来看一道例题
三重积分的例题
我们要求在Ω区域中的
y+z被积函数dxdydz
其中这个Ω区域是这么一个区域
(x,y,z) x方除以a方加上
y方除以b方加上z方除以c方小于等于一
z是大于等于零的
那么我们可以看一下
这个区域实际上就是上半椭球区域
xyz 这是一个上半椭球区域
那么上半椭球区域我们知道
前后 左右都是对称的
所以这个上半椭球区域左右是对称的
因为它只有半个椭球下面没有
如果有下面的话上下还对称
只有半个椭球 但左右是对称的
y这个函数很显然关于y是个奇函数
左右对称又是一个奇函数
所以我们可以得到
Ω区域中y这个函数的积分一定是等于零
我们就用到了对称性和奇偶性的性质
尤其是奇函数是不需要算的
它一定是等于零的
所以我们原来的积分我把它叫做I
那么这个积分就可以写成是
在Ω区域中zdxdydz
Ω区域在xy平面上的投影
我们把它叫做Dxy
实际上就是下面这个
Dxy就是一个椭圆
x方除以a方加上y方除以b方小于等于一
就是这么一个椭圆
在Dxy这个区域上任意找一点
找一条平行于z轴的一条线
你可以发现
在z等于零是不是就进去了
在某一个点是不是就出来了
这个出来的那个点正好是椭球面
就是x方除以a方加上
y方除以b方加上z方除以c方等于一
其中z是大于等于零的
所以我们可以直接把它转化为一个
Dxy也就是一个椭圆上的二重积分
以及从下限 小的那个进去的那个地方不就是零么
出来的地方是椭球面
所以进去的是零
椭球面 出来的地方
z就是等于c乘上根号一减x方除以a方减y方除以b方zdz
然后先做一次积分
这个函数很简单
原函数是二分之z平方加c
所以就等于Dxy这个区域上dxdy
被积函数是二分之一z的平方
下限是z等于零
上限是z等于c乘上根号一减x方除以a方减y方除以b方
上限下限朝里面一代
就变成了下面这个二重积分
在Dxy这个区域上
那么二分之一c的平方一减x方除以a方减y方除以b方dxdy
二分之c的平方是个常数
拿出去之后 那么我们来看看
这就是变成了一个椭圆域上的二重积分
那么对于这么一个椭圆域
我们知道最简单的就是椭圆坐标系
x就等于ρrocosφ
y就等于ρrosinφ
而且我们还知道一件事情 可以更加简单
二分之c的平方拿出来之后
你会发现 里面那个函数
被积函数是一减x平方减y平方
关于x和y是不是都是偶函数
椭圆域我们可以画一下
一个椭圆域 上下 这是x轴这是y轴
上下左右都是对称的
所以它实际上等于四倍的在D1区域积分
一减x方除以a方减y方除以b方积分 dxdy
其中这个D1是四分之一的椭圆域
又用了对称性
所以一用对称性之后
你会发现这个积分
I就可以写成二倍的c平方乘上在D1这区域
一减x方除以a方减y方除以b方的dxdy
那么φ的变化范围是从零到二分之π
因为我们知道是第一象限的部分
是四分之一的椭圆
ρ的变化范围当然是从零到一
所以等于两倍的c平方
零到二分之πdφ
ρ的变化范围从零到一
然后被积函数
一减去 我们把x平方代进去y平方代进去
实际上一减去ρ的平方
还有一个问题
就是面积元素它的比例关系
原来我们算过 abρdρ
那我们又可以发现了
这个积分 先做的那个积分
实际上上下限跟φ没关系
被积函数也是个跟φ没关系
所以它是个常数
那既然是个常数
二倍的c平方乘上二分之π
再乘上零到一 一减去ρ的平方abρdρ
等于 我们当然不难计算 因为它是一个多项式
最后的结论呢
等于四分之πabc的平方
-第一节 多元连续函数
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--二重极限的例题
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