
在这篇文章中:
我们讨论了二重积分化累次积分的一般方法。继续推广到三重积分,本篇先只讨论直角坐标下三重积分计算的基本原理。
三重积分的一般表示如下:
它最佳的理解方式是——空间物体的质量,即空间物体占据空间区域 , 在点 处的体密度为 ,整个空间物体的总质量就是将 累积遍整个空间区域 .
当然,三重积分也是一个“分割、近似、求和、取极限”的过程,将该过程压缩成一步到位,就是“三重积分”运算:
注1: 取所有 直径的最大值,该极限比一般极限要复杂的多(多了对任意分割);
注2:经过该过程,三重积分已经是一个精确值(不均匀空间物体的精确质量)了;
注3:既然是任意分割,在直角坐标系下,按水平竖直分割,则微元体积 :
所以,三重积分也写为:
三重积分的计算,首先要转化为“一重积分+二重积分”或“二重积分+一重积分”。
当然如果把其中的“二重积分”再转化为“累次积分”代入,则三重积分就转化为了“三次积分”,这个属于二重积分化累次积分,可参考上一篇文章,不再赘述。
与二重积分类似,三重积分仍是密度函数在整个 内每一个点都累积一遍,且与累积的顺序无关(按任意路径累积)。
既然如此,按规则的路径来累积。
记 的 轴方向下半曲面为 ,下半曲面为
记 在 面上的投影为
如图,先累积竖直虚线段,即密度函数(被积函数)关于 从固定值 累积到 ,表示出来为:
接着,要累积完整个 , 还需要把 上每个这样的点 都累积一遍。也就是说,对任意一点 ,都有累积的一条竖直虚线段:
把它们再累积起来得到整个物体的质量(三重积分):
代入前面的 ,就得到
记 的 轴方向后半曲面为 ,前半曲面为
记 在 面上的投影为
可推得
记 的 轴方向左半曲面为 ,右半曲面为
记 在 面上的投影为
可推得
记 在 处的横截面为
记 在 轴上的投影为
如图,先累积紫色横截面,即密度函数(被积函数)关于 在固定横截面 上累积,表示出来为:
接着,要累积完整个 , 还需要把 上每个这样的 对应的横截面都累积一遍。也就是说,对任意一点 ,都有累积的一个横截面:
把它们再累积起来得到整个物体的质量(三重积分):
代入前面的 ,就得到
用定积分微元法求密度为 的不均匀空间物体 的质量。
记平面 与 的截面为 ,
① 积分变量 ;
② 任取 , 微元质量为
其中,括号中的二重积分为 的面质量。
③ 累积得总质量
记平面 与 的截面为 ,
记平面 与 的截面为 ,
