請教大神 二重積分,當被積函式只有自變數時幾何意義是什麼

2021-03-20 05:54:31 字數 5842 閱讀 4245

1樓:塗智華

二重積分中的被積函式應該是被積區域中每一個點的函式,而如果只與某一個變數有關,說明另一個變數為常量,相當於半常函式,當做一般的二元函式求積分即可。正所謂常函式,它也是變數的函式,往往求解更加簡單。從圖形來看,常變數說明沿著該方向變化是水平平行的

關於重積分和曲線曲面積分的區別 我有的時候分不清一個積分是曲線還是曲面積分怎麼辦。。求大神講解~最

2樓:匿名使用者

都是遞進關係,從一重積分開始,只說幾何意義吧。

一重積分(定積分):只有一個自變數y = f(x)

當被積函式為1時,就是直線的長度(自由度較大)

∫(a→b) dx = l(直線長度)

被積函式不為1時,就是圖形的面積(規則)

∫(a→b) f(x) dx = a(平面面積)

另外,定積分也可以求規則的旋轉體體積,分別是

盤旋法(disc method):v = π∫(a→b) f²(x) dx

圓殼法(shell method):v = 2π∫(a→b) xf(x) dx

計算方法有換元積分法,極座標法等,定積分接觸得多,不詳說了

∫(α→β) (1/2)[a(θ)]² dθ = a(極座標下的平面面積)

二重積分:有兩個自變數z = f(x,y)

當被積函式為1時,就是面積(自由度較大)

∫(a→b) ∫(c→d) dxdy = a(平面面積)

當被積函式不為1時,就是圖形的體積(規則)、和旋轉體體積

∫(a→b) ∫(c→d) dxdy = v(旋轉體體積)

計算方法有直角座標法、極座標法、雅可比換元法等

極座標變換:

則∫∫_(σ) pdydz+qdzdx+rdxdy

= ± ∫∫_(d) dxdy

取上/右/前 側時,取 + 號

取下/左/後 側時,取 - 號

3:高斯公式

∫∫_(σ) pdydz+qdzdx+rdxdy

= ± ∫∫∫_(ω) (∂p/∂x+∂q/∂y+∂r/∂z) dxdydz

- ∫_(σ和) pdydz+qdzdx+rdxdy

後面(σ和)那部分,若原本給的曲面是不能圍成封閉空間的話,不能直接使用高斯公式,需要補上幾個面後使得區域封閉,例如補上若干個(σ和)曲面,就可以運用高斯公式了,還要注意最後要減少所補上那幾個曲面(σ和)相應的積分

4:挖洞

若在σ上,被積函式上有奇點的話,也不能直接運用高斯公式

需要補上一個小空間r=ε,足以包括所有內部的奇點的,然後取半徑ε趨向0

運用高斯公式時也要減去這個部分相應的積分

所以有∫∫_(σ) = ± ∫∫∫_(ω) - ∫∫_(ε)

5:替代

若被積函式f的方程是在σ上,則可以優先把σ的方程代入f中

例如給σ方程:x²+y²+z²=a²

則∫∫_(σ) (pdydz+qdzdx+rdxdy)/√(x²+y²+z²)

= ∫∫_(σ) (pdydz+qdzdx+rdxdy)/a

= (1/a)∫∫_(σ) pdydz+qdzdx+rdxdy

於是這樣,就可以避免了4:的情況,不用挖洞

去掉奇點後就可以繼續補面使用高斯公式了

二重積分,三重積分的幾何意義? 怎麼理解這些概念啊???求大神幫忙,感激不盡 20

3樓:援手

二重積分的積分割槽域是平面區域d,被積函式f(x,y)表示高度,所以二重積分可理解為以d為底,高為f(x,y)的曲頂柱體的體積,特別的,當f(x,y)=1時,積分就等於d的面積。類似的,三重積分的積分割槽域是空間區域,被積函式f(x,y,z)可理解為密度,所以三重積分的物理意義就是立體的質量,特別的,當f(x,y,z)=1時,積分就等於立體體積。

4樓:陵家四少

- -|||聯想記憶,基礎概念你看懂了吧!一個平面一個空間……二重就是被打扁了的三重。

就像動漫裡的二次元一樣,路飛再怎麼活躍也不可能一拳打中坐在電腦前的你。而三重就類似於你朝你女朋友叫一句:肥婆!

他就會衝過來踹死你一樣- }}}

總之三重是體積,是立體的

但願你能懂- -|||

5樓:匿名使用者

可以理解為面積分和體積分

求數學大神,這個結論如何理解如何用幾何意義理解。。他是定理嗎?

6樓:援手

這個當然是一個定理了,它為計算某些特殊情況下的二重積分帶來了方便。對於一般的二重積分∫∫f(x,y)dxdy,我們通常是化為累次積分∫[∫f(x,y)dx]dy來計算的,這裡如果有f(x,y)=f1(x)f2(y)(不是所有二元函式都可以表示為這種形式的,例如sin(xy)就不可以),那麼由於f2(y)對於積分變數x而言是常數,可以拿到積分號為,剛才的累次積分就變為∫f2(y)[∫f1(x)dx]dy,注意這個表示式還是和∫f1(x)dx*∫f2(y)dy不一定相等的,以為前者在計算對x的積分時積分限裡一般是含y的表示式,只有x的積分限是與y無關的(也就是上下限都是常數),二者才相等。因此對於積分割槽域d為矩形區域,被積函式是可分離變數的,這樣的二重積分∫∫f(x,y)dxdy才等於兩個定積分∫f1(x)dx和∫f2(y)dy的乘積。

這個定理的幾何意義是明顯的,對於矩形區域上以曲面z=f(x,y)=f1(x)f2(y)為頂的曲頂柱體,其體積就等於兩個曲邊梯形面積∫f1(x)dx和∫f2(y)dy之積。

利用二重積分的幾何意義,計算二重積分。希望大神給出詳細的計算步驟。謝謝!!!

7樓:匿名使用者

c8177f3e6709c93df36a0b06943df8dcd00054a2<\/img>如圖

簡述我們所學積分(定積分,二重三重積分,第一類第二類曲線積分)的聯絡和區別

8樓:匿名使用者

我把我以前答過的那篇文章拿出來了。

一重積分(定積分):只有一個自變數y = f(x)

當被積函式為1時,就是直線的長度e68a8462616964757a686964616f31333339666639(自由度較大)

∫(a→b) dx = l(直線長度)

被積函式不為1時,就是圖形的面積(規則)

∫(a→b) f(x) dx = a(平面面積)

另外,定積分也可以求規則的旋轉體體積,分別是

盤旋法(disc method):v = π∫(a→b) f²(x) dx

圓殼法(shell method):v = 2π∫(a→b) xf(x) dx

計算方法有換元積分法,極座標法等,定積分接觸得多,不詳說了

∫(α→β) (1/2)[a(θ)]² dθ = a(極座標下的平面面積)

二重積分:有兩個自變數z = f(x,y)

當被積函式為1時,就是面積(自由度較大)

∫(a→b) ∫(c→d) dxdy = a(平面面積)

當被積函式不為1時,就是圖形的體積(規則)、和旋轉體體積

∫(a→b) ∫(c→d) dxdy = v(旋轉體體積)

計算方法有直角座標法、極座標法、雅可比換元法等

極座標變換:{ x = rcosθ

{ y = rsinθ

{ α ≤ θ ≤ β、最大範圍:0 ≤ θ ≤ 2π

∫(α→β) ∫(h→k) f(rcosθ,rsinθ) r drdθ

三重積分:有三個自變數u = f(x,y,z)

被積函式為1時,就是體積、旋轉體體積(自由度最大)

∫(a→b) ∫(c→d) ∫(e→f) dxdydz = v(旋轉體體積)

當被積函式不為1時,就沒有幾何意義了,有物理意義等

計算方法有直角座標法、柱座標切片法、柱座標投影法、球面座標法、雅可比換元法等

極座標變化(柱座標):{ x = rcosθ

{ y = rsinθ

{ z = z

{ h ≤ r ≤ k

{ α ≤ θ ≤ β、最大範圍:0 ≤ θ ≤ 2π

∫(α→β) ∫(h→k) ∫(z₁→z₂) f(rcosθ,rsinθ,z) r dzdrdθ

極座標變化(球座標):{ x = rsinφcosθ

{ y = rsinφsinθ

{ z = rcosφ

{ h ≤ r ≤ k

{ a ≤ φ ≤ b、最大範圍:0 ≤ φ ≤ π

{ α ≤ θ ≤ β、最大範圍:0 ≤ θ ≤ 2π

∫(α→β) ∫(a→b) ∫(h→k) f(rsinφcosθ,rsinφsinθ,rcosφ) r²sin²φ drdφdθ

所以越上一級,能求得的空間範圍也越自由,越廣泛,但也越複雜,越棘手,而

且限制比上面兩個都少,對空間想象力提高了。

重積分能化為幾次定積分,每個定積分能控制不同的伸展方向。

又比如說,在a ≤ x ≤ b裡由f(x)和g(x)圍成的面積,其中f(x) > g(x)

用定積分求的面積公式是∫(a→b) [f(x) - g(x)] dx

但是升級的二重積分,面積公式就是∫(a→b) dx ∫(g(x)→f(x)) dx、被積函式變為1了

用不同積分層次計算由z = x² + y²、z = a²圍成的體積?

一重積分(定積分):向zox面投影,得z = x²、令z = a² --> x = ± a、採用圓殼法

v = 2πrh = 2π∫(0→a) xz dx = 2π∫(0→a) x³ dx = 2π • (1/4)[ x⁴ ] |(0→a) = πa⁴/2

二重積分:高為a、將z = x² + y²向xoy面投影得x² + y² = a²

所以就是求∫∫(d) (x² + y²) dxdy、其中d是x² + y² = a²

v = ∫∫(d) (x² + y²) dxdy = ∫(0→2π) dθ ∫(0→a) r³ dr、這步你會發覺步驟跟一重定積分一樣的

= 2π • (1/4)[ r⁴ ] |(0→a) = πa⁴/2

三重積分:旋轉體體積,被積函式是1,直接求可以了

柱座標切片法:dz:x² + y² = z

v = ∫∫∫(ω) dxdydz

= ∫(0→a²) dz ∫∫dz dxdy

= ∫(0→a²) πz dz

= π • [ z²/2 ] |(0→a²)

= πa⁴/2

柱座標投影法:dxy:x² + y² = a²

v = ∫∫∫(ω) dxdydz

= ∫(0→2π) dθ ∫(0→a) r dr ∫(r²→a²) dz

= 2π • ∫(0→a) r • (a² - r²) dr

= 2π • [ a²r²/2 - (1/4)r⁴ ] |(0→a)

= 2π • [ a⁴/2 - (1/4)a⁴ ]

= πa⁴/2

三重積分求體積時能用的方法較多,就是所說的高自由度。

既然都說了這麼多,再說一點吧:

如果再學下去的話,你會發現求(平面)面積、體積 比 求(曲面)面積的公式容易

學完求體積的公式,就會有求曲面的公式

就是「曲線積分」和「曲面積分」,又分「第一類」和「第二類」

當被積函式為1時,第一類曲線積分就是求弧線的長度,對比定積分只能求直線長度

∫(c) ds = l(曲線長度)

被積函式不為1時,就是求以弧線為底線的曲面的面積

∫(c) f(x,y) ds = a(曲面面積)

當被積函式為1時,第一類曲面積分就是求曲面的面積,對比二重積分只能求平面面積

∫∫(σ) ds = a(曲面面積)、自由度比第一類曲線積分大

∫∫(σ) f(x,y,z) ds,物理應用、例如曲面的質量、重心、轉動慣量、流速場流過曲面的流量等

而第二類曲線積分/第二類曲面積分以物理應用為主要,而且是有"方向性"的,涉及向量範圍了。

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