知识点
三重积分的直角坐标计算
计算方法
设 为有界空间区域, 在其上连续。以下公式要求所用投影与截面可积;切片不是单个区间时,可将区域分块。
直角坐标下 。化为三次积分时,按“先积几个变量”分成两种做法:先对一个变量积分、再对剩下两个变量积分的叫“先一后二”,反过来叫“先二后一”。选哪种,取决于区域形状和截面面积是否容易求。
投影法(先一后二)
把 投影到 平面,得到投影区域 。若对 内每一点 , 的变化范围是
则
内层是对 的定积分,结果是 的函数,再对 做二重积分。同样可以把 投影到 或 平面,此时内层分别先对 或 积分。
截面法(先二后一)
用平行于某一坐标平面的平面去截 ,得到一系列截面。例如用平行于 平面的平面 截 ,得到截面区域 ;设 的变化范围是 ,则
截面法适合截面面积容易求出的情形:内层是对 的二重积分,外层只对 积分一次。
例子
投影法:
取 ,投影区域是单位正方形, 从 到 ,所以
三个变量的积分限都是常数,三层定积分可以任意调换次序。
截面法:
取 为单位球。固定 ,截面为圆域
其面积为 。被积函数 在截面上是常数,于是
这里被积函数只含 、截面积又容易求,截面法比投影法省事。
探索
单位球的截面如何随高度变化?
移动水平截面,观察圆盘及其面积。
正在准备演示…
题集
练习
用平行于 平面的平面 截 得截面 ,先算 ,再对 积分。这种做法称为:
参考解答
先对 做二重积分、后对 积分,所以是“先二后一”的截面法。投影法恰好相反,先对 积分。