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三重积分的定义及性质

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课件：9.3三重积分

课件：9.3三重积分
4) 根据2) 3)写出的积分限.
注 : xoy面上g j (x, y) 0( j 1,2,, s)的各截痕所围区域 若为闭区域,则不需要考虑Fi (x , y, 0) 0(i 1,2)各截痕.
2. 由曲面Fi (x, y, z) 0(i 1,2)所围
1). 作出F1(x, y, z) 0 的交线在xoy面上的投影L. F2 (x, y, z) 0
2) 确定Dxy :由L所围.
3) 确定z的上下限: 从Fi (x, y, z) 0(i 1,2)中解出 z fi (x, y)(i 1,2), 在Dxy中比较fi (x, y)(i 1,2)的
大小, 大的即为上限, 小的即为下限. 4) 根据2) 3)写出的积分限.
例 4 化三重积分 I f ( x, y, z)dxdydz为三
i1
f
(xi , yi , zi )Vi
其中 “ ” 称为三重积分号, 称为积分区域, f (x, y, z) 称为被积函数, dv称为体积元素, 直角坐标系下三重积分也
记为 f (x, y, z)dxdydz.
三重积分的性质与二重积分性质完全类似,
比如若 f (x, y, z)在上连续, 则 f (x, y, z)在上
含有x2+y2,则可考虑用
2
或z 1 r 2
柱面坐标积分.
2
o
y
令x=rcos, y=rsin, z=z,
则z 2, z 1 (x2 y2 )
x x2+y2=4 或 r=2
2
的柱面坐标方程分别为z 2, z 1 r 2 ,
且
1 r 2 z 2, 0 r 2,
2
0 2.
2
(x2 y2)dxdydz

三重积分

三重积分

∫∫∫ ( x2 + 5xy2 sin x2 + y2 )d x d y d z, 其中 Ω
Ω 由 z = 1 (x2 + y2 ), z = 1, z = 4围成. 2
解: I = ∫∫∫Ω x2 d x d y d z+ 5 ∫∫∫Ω xy2 sin x2 + y2 d x d y d z
利用对称性
∫∫ ∫ 记作 dxdy z2 (x, y) f (x, y, z)dz
D
z1( x, y)
z = z1(x, y)
y xD
dxd y 微元线密度≈ f (x, y, z) dxd y
1
例 1 化三重积分 I = ∫∫∫ f ( x, y, z)dxdydz为三
Ω
次积分，其中积分区域Ω为由曲面 z = x2 + 2 y2
Ω
D
z1( x, y)
方法2. “先二后一”
∫∫∫Ω
f
(
x,
y,
z
)
d
v
=
∫b a
d
z
∫∫DZ
f (x, y, z)dxdy
方法3. “三次积分”
∫∫∫ ∫ ∫ ∫ f (x, y, z)d v = Ω
b
dx
y2 (x) d y
a
y1( x)
z2 (x, y) f (x, y, z)d z
z1( x, y)
z
1
o
1
x
y
1
例 3 化三重积分∫∫∫ y 1 − x2dxdydz为三次积分，其中 Ω
Ω 由曲面 y = − 1 − x2 − z2 ， x2 + z2 = 1， y = 1所围成.

三重积分的定义和性质

三重积分的定义和性质

三重积分的定义和性质三重积分是微积分中一种用于计算三维空间中曲面下体积、质量等物理量的方法。

在学习三重积分之前，我们需要了解它的定义和性质，以便能够正确地应用于问题的求解。

一、三重积分的定义三重积分的定义可以通过对立体进行切割、求和的方法来理解。

我们将三维空间切割成许多小的体积元，每个小体积元的体积近似于一个长方体。

假设我们要计算的函数为f(x,y,z)，则三重积分的定义可以表示为：∭f(x,y,z)dV = lim Σ f(x_i,y_i,z_i)ΔV其中，Σ表示对所有小体积元的求和，每个小体积元的体积为ΔV，该体积元的中心坐标为(x_i,y_i,z_i)。

当每个小体积元的体积趋近于零时，求和变成了对整个区域进行积分。

二、三重积分的性质1. 可加性三重积分具有可加性，即对于两个子区域A和B，有以下关系成立：∭(A∪B)f(x,y,z)dV = ∭Af(x,y,z)dV + ∭Bf(x,y,z)dV这意味着我们可以将一个复杂的区域划分成多个简单的子区域进行计算，再将结果进行相加，从而简化计算过程。

2. 反序性三重积分的计算顺序可以灵活选择，即可以按照x、y、z的任意次序进行求解。

这种性质的使用可以根据问题的要求来确定最佳求解顺序，从而简化计算过程。

3. 坐标变换在实际问题中，我们经常遇到需要进行坐标变换的情况。

通过适当的坐标变换，可以将原来的坐标系转化为更便于计算的形式。

常见的坐标变换包括柱坐标和球坐标等。

三、应用举例三重积分的应用非常广泛，下面举几个例子来说明其在实际问题中的应用。

例一：计算立体的体积假设我们需要计算一个球体的体积，其半径为R。

我们可以将球体切割成许多小的体积元，然后对所有体积元进行求和，即可得到球体的体积。

例二：计算立体的质量假设我们有一个密度分布函数为ρ(x,y,z)的立体，我们想要计算该立体的质量。

可以将立体切割成小的体积元，然后对每个体积元的质量进行求和，即可得到整个立体的质量。

三重积分的定义及性质

三重积分的定义及性质


0
f x, y, z f x, y, z


Байду номын сангаас
2
1
f
x,
y, z dv
f x, y, z f x, y, z
1 为 的对称部分中的一部分.
4、设积分区域 关于原点对称，则
f x, y, z dv

0



1、设积分区域 关于 xoy 坐标面对称，则
f x, y, z dv


0



2
1
f
x,
y, z dv
f x, y,z f x, y, z f x, y,z f x, y, z
1 为 的对称部分中的一部分.
2、设积分区域 关于 yoz 坐标面对称，则
n
并作和： f i ,i , i vi , i 1
设 是各小区域的直径中的最大值. 如果极限：
n
lim f
0 i1
i ,i , i
vi 存在,
则称此极限为函数 f x, y, z 在区域 上的三重积分.
记作： f x, y, z dv
i ,i , i
vi
定义 设 f x, y, z 是有界闭区域 上的有界函数.将
闭区域 任意分成 n 个小闭区域： v1 , v2 , …, vn ，其中 vi 也代表第 i 个小块的体积.
在每个 vi 上任取一点 i ,i , i ,作乘积：
f i ,i , i vi ( i 1, 2, , n ),


例 计算

高数同济六版D103三重积分

高数同济六版D103三重积分

通过选取特定的节点和权系 数，使得数值积分具有更高 的代数精度和更好的稳定性。
数值方法在求解复杂三重积分中应用
1 2 3
适应性网格划分
根据被积函数的特性，自适应地划分积分区域， 使得在函数变化剧烈的区域采用更细的网格，提 高计算精度。
蒙特卡罗方法
通过随机抽样估计三重积分值，适用于高维、复 杂积分区域的计算，但计算结果的精度与抽样次 数和随机数生成质量有关。
通过投影法或截面法，可以将三重积分转化为二重积分进行计算。
二重积分与三重积分在解决实际问题时常常相互转换，如计算物体体积、质量等。
与曲线曲面积分关系及转换方法
三重积分与曲线积分、曲面积分 之间有着密切的联系，它们都是 研究多元函数积分学的重要内容。
在一定条件下，三重积分可以转 化为曲线积分或曲面积分进行计
划分微元
将积分区域Ω划分为n个小立方体，每个小立方体的边长分 别为dx, dy, dz，小立方体的体积为dV=dx×dy×dz。
三重积分表达式
对于被积函数f(x,y,z)，其在积分区域Ω上的三重积分可以表 示为∭f(x,y,z)dV，其中积分号∭表示三重积分，dV表示体积 微元。
计算步骤
先对z进行积分，再对y进行积分，最后对x进行积分。即 ∭f(x,y,z)dV=∫[a,b]dx∫[c,d]dy∫[e,f]f(x,y,z)dz，其中[a,b]、 [c,d]、[e,f]分别为x、y、z的积分上下限。
高维数值积分方法
将高维积分转化为一系列一维积分的组合，利用 一维数值积分方法进行计算，降低计算复杂度。
误差分析和收敛性判断
误差来源分析
分析数值积分过程中产生的各种误差来源，包括截断误差、 舍入误差、模型误差等，为后续的误差控制和收敛性判断 提供依据。

三重积分先一后二例题

三重积分先一后二例题

三重积分先一后二例题
摘要：
一、三重积分的概念和性质
1.三重积分的定义
2.三重积分的性质
二、三重积分的计算方法
1.先一后二法则
2.例题解析
a.计算三重积分∫∫∫(x^2y^3) dxdydz
b.计算三重积分∫∫∫(x^2z^2) dxdydz
三、三重积分在实际问题中的应用
1.物理中的应用
2.工程中的应用
正文：
三重积分是数学中的一种积分方法，用于计算空间中某一个函数在某一范围内的总和。

它的定义是将一个三维空间划分为无数个微小的矩形、立方体或者其它形状的小区域，然后对这些小区域中的函数值进行求和。

三重积分具有一定的性质，例如，它的积分次序可以改变，即先对x 积分、再对y 积分、最后对z 积分，或者先对y 积分、再对z 积分、最后对x 积分，结果是相同的。

这就是所谓的“先一后二”法则。

在计算三重积分时，我们可以利用“先一后二”法则，将三重积分转化为
多次单积分。

例如，对于函数f(x,y,z)=x^2y^3，我们可以先对x 积分，得到一个新的函数g(y,z)=y^3∫x^2dx，然后再对y 和z 积分。

这样就可以将复杂的三重积分转化为简单的多次单积分。

在实际问题中，三重积分常常应用于物理和工程等领域。

例如，在物理学中，可以用三重积分来计算物体的质量、体积和密度等；在工程中，可以用三重积分来计算流体的压力、速度和温度等。

《scut三重积分》课件

估值定理
三重积分存在估值定理，即对于闭区域上的非负函数，其三重积 分值不大于该函数在此区域上的最大值与最小值之差的四倍。
奇偶性质
对于奇函数或偶函数的三重积分，存在奇偶性质，即当函数为奇 函数时，其三重积分为0；当函数为偶函数时，其三重积分等于一
半区间上的积分的四倍。
三重积分的几何意义
体积
01
当被积函数大于0时，三重积分表示由函数曲线所围成的三维区
注意事项
在柱坐标系下，需特别注意被积函数与柱坐标的 对应关系，以及不同变量间的几何意义。
球坐标系下的三重积分计算
总结词
球坐标系适用于描述球对称或球 状结构的几何形状。
详细描述
在球坐标系下，将三重积分转化 为球坐标的r、θ、φ的积分。通过 确定各变量的积分上下限，利用 微元法进行计算。
注意事项
在球坐标系下，需特别注意被积 函数与球坐标的对应关系，以及 不同变量间的几何意义。同时， 还需考虑球坐标系中各变量的取 值范围。
z轴。通过确定积分上下限，利用微元法逐步累加计算出积分值。
03
注意事项
在确定积分上下限时，需特别注意被积函数与坐标轴的相对位置关系，
以及不同坐标轴上的几何形状。
柱坐标系下的三重积分计算
1 2 3
总结词
柱坐标系适用于描述旋转对称或柱状结构的几何 形状。
详细描述
在柱坐标系下，将三重积分转化为柱坐标的r、φ 、z的积分。通过确定各变量的积分上下限，利 用微元法进行计算。
三重积分的计算方法
三重积分可以通过累次积分或一次性积分的方法进行计算，其中累 次积分包括先一后二和先二后一两种顺序。
三重积分与二重积分的联系
三重积分可以看作是二重积分在多增加一个维度上的推广，因此二 重积分的一些性质和计算方法可以类推到三重积分中。

三重积分知识点总结

三重积分知识点总结一、三重积分的基本概念1. 几何意义三重积分的几何意义是在三维空间中求某一区域内函数的平均值。

我们可以想象三维空间被分割成无数个小立方体，每个小立方体的体积趋于零。

然后将函数在每个小立方体上的值相加，并对整个区域进行求和，得到的就是三重积分的值。

2. 定义三重积分的定义是对平面上的二重积分的推广。

设函数f(x, y, z)在空间区域V上有定义，V的边界为S，那么三重积分可以表示为：∭V f(x, y, z) dV其中，dV表示体积元素，它等于dxdydz，即三个方向上的微小长度的乘积。

3. 坐标变换在进行三重积分的计算时，有时需要进行坐标变换，以便简化积分的计算。

常见的坐标变换包括球坐标、柱坐标和直角坐标之间的转化。

通过坐标变换，可以将原积分区域变换成更容易处理的形式，从而简化计算步骤。

二、三重积分的计算方法1. 直角坐标系下的三重积分直角坐标系下的三重积分是最基本的计算方法，它通常通过分割积分区域，并利用定积分的性质逐步进行计算。

对于简单的积分区域和函数，直角坐标系下的三重积分计算比较直观和容易理解。

2. 球坐标系下的三重积分在球坐标系下进行三重积分的计算，可以避免一些复杂的计算步骤。

球坐标系下的积分区域通常是球形或者球形的一部分，利用球坐标系的简洁性可以简化积分的计算过程。

3. 柱坐标系下的三重积分柱坐标系下进行三重积分的计算，适用于柱状或圆柱状的积分区域。

柱坐标系的简化性使得积分的计算更加方便和高效。

三、三重积分的应用1. 物理学中的应用在物理学中，三重积分被广泛应用于计算物体的质量、密度、电荷分布等问题。

例如，通过三重积分可以计算物体的质心、转动惯量等物理量，也可以计算电荷在空间中的分布情况。

2. 工程学中的应用在工程学中，三重积分被用于计算空间中的流体流动、物体的温度分布、材料的应力分布等问题。

通过三重积分可以得到流体的流速、压强分布等关键信息，也能够计算物体的热传导、热辐射等问题。

10-5 三重积分的概念与性质 (1)


x
y
Dxy : x 2 y2 4.
zdv

2
2 1 2 64 4 d (16 )d . 0 2 0 3
0
d d 2 zdz
0
2
4

12
(2)当 f ( x , y, z ) 在闭区域上连续时， 定义中和 式的极限必存在，即三重积分必存在.
(3)三重积分与二重积分有类似的性质。 (4)三重积分的物理意义：如果被积函数表示空 间物体的体密度，则三重积分表示物体的质量。
4
三重积分的直角坐标形式
z
已知三重积分存在的前提下 在直角坐标系下用平行于三 个坐标面的三组平面来划分区域 Ω，则典型小区域是长方体，
第十章 重积分
第三节 三重积分的概念
1
一、三重积分的概念
定义 设 f ( x , y, z ) 是空间有界闭区域 上的有界 ， 函数，将 任意分成 n 个小闭区域 v1 ， v2 , 上任取一点 (i ,i , i ) ， 作乘积 f (i ,i , i ) v i ， 并作和
在每个 vi vn ， v i 也表示第 i 个小闭区域的体积，
( i 1,2,, n) ，
f ( , , )v ，
i 1 i i i i
2
n
如果当各小闭区域的直径中的最大值 趋近于零 时，这和式的极限存在，则称此极限为函数 f ( x, y, z ) 在闭区域 上的三重积分， 记为
o
x
v
x
z
y
y
则体积元素为 dv xyz dxdydz
故三重积分可写为
f ( x, y, z )dv f ( x, y, z )dxdydz.

第二节 三重积分

0 i 1
n
定义1
设R3为有界闭区域, f (x, y, z)是定义在上
的有界函数.将任意分成 n 个无公共内点的小区域
i, (i =1, 2, …, n), 用Vi表示i的体积. 并记
max{ i的直径}.( xi , yi , zi ) i , 作和 f ( xi , yi , zi )Vi ,
z 1
类似,
x+ y+z=1
1 ydxdydz zdxdydz 24
1 原式 8
1 x
0 Dxy x+ y=1
1
y
计算 ydxdydz, 其中是由平面x 2 y 2 z 2 1 例2.

与锥面y x 2 z 2 所围成的区域.
z
x2 y 2 z 2 1
0
1 2 r rdr 2
2
2 2
0
1 2 r rdr . 4 2
注意, 由于先对 x , 再对 y, 再对 z 的积分
f ( x, y, z)dv

C2
C1
dz
y2 ( z )
y1 ( z )
dy
x2 ( y , z )

3.利用柱面坐标求三重积分.
z M＝(x, y, z)
设点M = (x, y, z) R3,它在xy面上的投 影点为P=(x, y, o)
x o y

r P=(x, y, o)
显然,任给一点M,可唯一确定点P和竖坐标z , 反之,在xy面上任给点P和数z,可唯一确定M. 因点 P可用其极坐标确定, 故M可由P的极坐标r , 以 及z唯一确定,称为柱面坐标.
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f x, y, z dv

0



2
1
f
x,
y, zdv
f x, y, z f x, y, z f x, y, z f x, y, z
1 为 的对称部分中的一部分.
3、设积分区域 关于 xoz 坐标面对称，则
f x, y, z dv


( dxdydz 为直角系下的体积元素)
三重积分的性质
三重积分具有与二重积分类似的性质.
性质 1 设 与 为常数，则
f x, y, z g x, y, z dv
f x, y, z dv g x, y, z dv
三重积分
三重积分的定义 三重积分的性质 直角坐标系下三重积分的计算 柱面坐标系下三重积分的计算 球面坐标系下三重积分的计算
三重积分的定义
问题: 非均匀物体的质量 设有一质量非均匀分布的物体， 在空间直角坐标系中
占有空间区域 ，体密度 （x, y, z) 是 上的连续正值
函数，求此物体的质量.
i 1
三重积分在物理上的意义：
占有空间区域 的物体,在点 x, y, z 处具有体密度
f x, y, z ,则其质量为 f x, y, z dv .
在直角系下用平行于坐标轴的直线划分 ,则有
dv dxdydz ,
f x, y, z dv = f x, y, z dxdydz .
2 1
f
x,
y, zdv
f x, y,z f x, y, z f x, y,z f x, y, z
1 为 的对称部分中的一部分.
5、设积分区域 具有轮换对称，则
f x, y, z dv
f y, z, x dv f z, x, ydv
f x, y, z dv g x, y, z dv

பைடு நூலகம்

由于 f x, y, z f x, y, z f x, y, z ，
f x, y, z dv f x, y, z dv


性质 5 设 M 与 m 分别是 f x, y, z 在 上的最大值和
1.分割：将闭区域 任意分成 n 个小闭区域： v1 , v2 , …, vn
2.近似：在每个 vi 上任取一点 i ,i , i ,作乘积： i ,i , i vi
n
3.求和： i ,i , i vi i 1
n
4.逼近： lim 0 i1
i ,i , i
vi
定义 设 f x, y, z 是有界闭区域 上的有界函数.将
闭区域 任意分成 n 个小闭区域： v1 , v2 , …, vn ，其中 vi 也代表第 i 个小块的体积.
在每个 vi 上任取一点 i ,i , i ,作乘积：
f i ,i , i vi ( i 1, 2, , n ),


性质 2 设闭区域 可以分为两个闭区域 1 与 2 ，则
f x, y, z dv
f x, y, z dv f x, y, z dv
1
2
性质 3 1dv V ，其中V 表示 的体积.
性质 4 若在 上有 f x, y, z g x, y, z ，则有
1、设积分区域 关于 xoy 坐标面对称，则
f x, y, z dv


0



2
1
f
x,
y, z dv
f x, y,z f x, y, z f x, y,z f x, y, z
1 为 的对称部分中的一部分.
2、设积分区域 关于 yoz 坐标面对称，则
n
并作和： f i ,i , i vi , i 1
设 是各小区域的直径中的最大值. 如果极限：
n
lim f
0 i1
i ,i , i
vi 存在,
则称此极限为函数 f x, y, z 在区域 上的三重积分.
记作： f x, y, z dv
n
即：

f
x, y, z dv = lim f 0 i1
i ,i , i
vi .
f x, y, z ：被积函数; f x, y, z dv ：被积表达式;
dv ：体积元素; x, y, z : 积分变量;
：积分区域;
n
f i ,i , i vi :积分和.

0
f x, y, z f x, y, z



2
1
f
x,
y, z dv
f x, y, z f x, y, z
1 为 的对称部分中的一部分.
4、设积分区域 关于原点对称，则
f x, y, z dv

0



最小值，V 是 的体积，则有
mV f x, y dv MV
性质 6 (中值定理)设 f x, y, z 在闭区域 上连续, 则在 上至少存在一点 ,, ,使得
f x, y, z dv f ,, V
三重积分的对称性定理：


例 计算

z
ln( x 2 x2
y
y2 2
z2 z2
1
1)
dv
,
其中Ω为球面
x 2 y 2 z 2 1所围区域.
解 由对称性可知,原式=0.