Bài giảng Giải tích 2: Chương 2.2 - Nguyễn Thị Xuân Anh
lượt xem 29
download
Bài giảng Giải tích 2: Chương 2.2 trình bày tích phân bội ba – định nghĩa và cách tính bao gồm định nghĩa, tính chất, cách tính và các ví dụ cụ thể giải thích các nội dung trên.
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Bài giảng Giải tích 2: Chương 2.2 - Nguyễn Thị Xuân Anh
- §2. Tích phân bội ba – Định nghĩa và cách tính Định nghĩa: Cho hàm f(x,y,z) xác định trên miền đóng và bị chặn Ω trong không gian Oxyz. Chia Ω thành n phần không dẫm lên nhau Ω1, Ω2 ,..., Ωn có thể tích tương ứng là ∆V1, ∆V2 ,..., ∆Vn Trong mỗi miền Ωk lấy 1 điểm bất kỳ Mk(xk,yk,zk) n Lập tổng tích phân Sn = f ( xk , y k , zk )∆Vk k =1 Cho max d (Ωk ) 0 nếu tổng trên tiến tới giá trị hữu hạn , S không phụ thuộc vào cách chia miền Ω và cách lấy điểm Mk thì giới hạn hữu hạn S được gọi là tích phân bội ba của hàm f(x,y,z) trên miền Ω
- §2. Tích phân bội ba – Định nghĩa và cách tính n Vậy: �f ( x, y , z )dV = �� lim f ( xk , y k , zk )∆ Vk Ω max d ( Ω k ) 0 k =1 Chú ý : Vì tích phân không phụ thuộc vào cách chia miền Ω nên ta có thể chia Ω bởi các mặt phẳng song song với các mặt tọa độ . Khi ấy mỗi miền nhỏ là hình hộp chữ nhật nên ta có ΔV = Δx Δy Δz = dxdydz Vì vậy ta thường dùng kí hiệu : �f ( x, y , z )dV = �f ( x, y , z )dxdydz �� �� Ω Ω
- §2. Tích phân bội ba – Định nghĩa và cách tính Tính chất: Các hàm f, g khả tích trên Ω 1. �dxdydz = V (Ω ) �� Ω 2. � C.f ( x, y , z )dxdydz = C � f ( x, y , z )dxdydz �� �� Ω Ω 3. � (f ( x, y , z ) + g ( x, y , z ))dxdydz = � f ( x, y , z )dxdydz + � g ( x, y , z )dxdydz �� �� �� Ω Ω Ω 4. Nếu g ≥ f trên Ω thì � f ( x, y , z )dxdydz � g ( x, y , z )dxdydz �� �� Ω Ω Nếu Ω được chia thành 2 miền không dẫm lên nhau Ω1, Ω2 5. �f ( x, y , z )dxdydz = �f ( x, y , z )dxdydz + �f ( x, y , z )dxdydz �� �� �� Ω Ω1 Ω2
- §2. Tích phân bội ba – Định nghĩa và cách tính 6. Định lý giá trị trung bình: Nếu hàm f(x,y,z) liên tục trong miền đóng, giới nội, liên thông Ω thì trong Ω tồn tại ít nhất 1 điểm M0(x0,y0,z0) sao cho : �f ( x, y , z )dxdydz = f ( x0 , y 0 , z0 )V ( Ω ) �� Ω Ta gọi giá trị trung bình của hàm f trên Ω là đại lượng 1 �f ( x, y , z )dxdydz �� V (Ω ) Ω
- §2. Tích phân bội ba – Định nghĩa và cách tính Cách tính Nếu miền Ω có hình chiếu xuống mặt phẳng Oxy là miền D và giới hạn trên bởi mặt z = φ(x,y), giới hạn dưới bởi mặt z = ψ(x,y) thì ϕ �( x,y ) � �f ( x, y , z )dxdydz = � � f ( x, y , z )dz � �� �� dxdy Ω D �( x ,y ) ψ � ϕ ( x ,y ) Ta còn viết tích phân trên ở dạng � �dxdy � f ( x, y , z )dz D ψ ( x ,y ) Như vậy, để tính tích phân bội ba ta cần xác định hình chiếu của Ω xuống mặt phẳng tọa độ, sau đó đi xác định mặt giới hạn trên, dưới của Ω
- §2. Tích phân bội ba – Định nghĩa và cách tính Ví dụ 1 : Tính tích phân I1 = �2zdxdydz �� Ω Trong đó Ω giới hạn bởi 0 x,0 y, x 2 + y 2 z 4 Hình chiếu của Ω xuống mặt phẳng Oxy là phần hình tròn D : x2+y2≤4, 0≤x, 0≤y Còn z giới hạn bởi x2+y2≤z ≤4, nên 4 2 4 I1 = � �dxdy � 2zdz = � z )x 2 + y 2 dxdy �( D x2 + y 2 D π 2 2 2 2 2 = �(16 − ( x + y ) )dxdy = � ϕ �(16 − r 4 )dr � d r D 0 0
- §2. Tích phân bội ba – Định nghĩa và cách tính y=0 z=4 z=x2+y2 D x=0
- §2. Tích phân bội ba – Định nghĩa và cách tính Ví dụ 2 : Tính tích phân I2 = �( x + y )dxdydz �� Ω Trong đó Ω giới hạn bởi y=x2, y+z=1, z=0 Mặt trụ parabolic song song với trục Oz và tựa lên đường parabol y=x2 là mặt trụ không kín, ta cần thêm giao tuyến của mặt phẳng z + y = 1 với mặt phẳng Oxy là đường thẳng y = 1 để có được hình chiếu của Ω xuống mặt phẳng Oxy là miền đóng D Trong miền D, ta có y≤1 1 tức là 0 ≤ 1 - y nên trong Ω D mặt phẳng z = 1 – y nằm trên mặt phẳng z = 0 -1 1
- §2. Tích phân bội ba – Định nghĩa và cách tính y+z=1 Vì vậy: 1− y I2 = � �dxdy �( x + y )dz D 0 = � x + y )( z0− y )dxdy �( 1 D z=0 1 1 I2 = � � x + y )(1 − y )dy dx ( y=x2 −1 x2
- §2. Tích phân bội ba – Định nghĩa và cách tính Ví dụ 3: Tính tích phân bội ba hàm f(x,y,z)=x trên miền Ω giới hạn bởi x=0, y=0, z=0, x+y=1, x+y=z Hình chiếu của Ω xuống mặt phẳng z=0 là miền D giới hạn bởi x=0, y=0, x+y=1 Miền D ứng với x+y≥0 nên ta được 0≤z ≤x+y. Vậy : x+ y= 1 I3 = � f ( x, y , z )dxdydz �� W x +y I3 = � dxdy � � xdz D 0 1 1- x I3 = � � xdx dy 0 0
- §2. Tích phân bội ba – Định nghĩa và cách tính x+y=z y=0 x+y=1 x=0
- §2. Tích phân bội ba – Đổi biến sang tọa độ trụ Xét điểm M(x,y,z) trong không gian, N(x,y,0) là hình chiếu của M xuống mặt phẳng xy. Gọi (r,φ) là tọa độ của N trong tọa độ cực thì : x = rcos φ, y = rsin φ Vậy điểm M được xác định bởi bộ ba số (r, φ, z), z chúng được gọi là tọa độ M(x,y,z) trụ của điểm M. Công z thức liên hệ giữa tọa độ trụ và tọa độ Descartes là r y x φ x = r cos ϕ N(r,φ) y = r sin ϕ z=z
- §2. Tích phân bội ba – Đổi biến sang tọa độ trụ Ta có công thức tính tích phân trong tọa độ trụ � f ( x, y , z )dxdydz = � r .f (r cos ϕ , r sin ϕ , z )drdϕ dz �� �� Ω Ω Chú ý : Ta thường đổi tích phân bội ba sang tọa độ trụ nếu hình chiếu của miền lấy tích phân xuống 1 trong 3 mặt tọa độ là 1 phần hình tròn hoặc 1 phần ellipse.
- §2. Tích phân bội ba – Đổi biến sang tọa độ trụ Ví dụ 4: Tính tích phân I3 = �zdxdydz �� Ω Trong đó Ω là miền giới hạn bởi z = x 2 + y 2 , z = x 2 + y 2 Miền Ω giới hạn bởi 2 mặt cong nên ta sẽ khử biến z từ 2 phương trình để tìm hình chiếu của Ω xuống mặt phẳng z = 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 z= x +y = x +y �( x +y ) − x +y =0 z = x 2 + y 2 = 0 (loại) z = x2 + y 2 = 1 Suy ra, hình chiếu của Ω xuống mặt phẳng Oxy là hình tròn x2 + y 2 1 , tương ứng ta có
- §2. Tích phân bội ba – Đổi biến sang tọa độ trụ 2 2 2 2 Vì x2+y2≤1 nên x +y x +y x2 + y 2 Vậy: I3 = � dxdy � � zdz x2 + y 2 1 x2 + y 2 Hình chiếu của miền lấy tích phân là hình tròn nên ta sẽ đổi tích phân trên sang tọa độ trụ bằng cách đặt : x = r cos ϕ 2π 1 r y = r sin ϕ và ta có I3 = � ϕ � � d rdr zdz z=z 0 0 r2 2 r 1 z 1 2 4 π I3 = 2π .� .( ) = π .�(r − r )dr = rdr r 0 2 r2 0 12
- §2. Tích phân bội ba – Đổi biến sang tọa độ trụ Miền D
- §2. Tích phân bội ba – Đổi biến sang tọa độ trụ z Ví dụ 5: Tính tích phân I5 = � � � dxdydz Ω x2 + y 2 Trong đó Ω giới hạn bởi x 2 + y 2 = 1, z = 0, x + y + z = 2 Mặt trụ kín x2+y2=1 song song với trục Oz nên chiếu Ω xuống mặt phẳng Oxy ta được hình tròn : x2+y2≤1 Với 2 mặt còn lại, ta phải so sánh giữa z=0 và z= √2 -x-y ểđ √2 có cận đối với dz -x -y Ta vẽ thêm đường thẳng =0 √2 -x-y =0 trong mp z=0 để so sánh Rõ ràng, trong hình tròn ta có √2 -x-y ≥0
- §2. Tích phân bội ba – Đổi biến sang tọa độ trụ 2− x − y z Vậy : I5 = � dxdy � � dz x2 + y 2 1 x2 + y 2 0 Hình chiếu của Ω là hình tròn nên ta sẽ đổi tích phân trên tọa độ trụ bằng cách đặt x = r cos ϕ y = r sin ϕ z=z 2p 1 2- r cos j - r sin j z I 5 = �j d �rdr � dz 0 0 0 r 2p 1 2- r cos j - r sin j � � z 2 I 5 = �j � d dr 2� � 0 0 0
- §2. Tích phân bội ba – Đổi biến sang tọa độ trụ 2p � � 1 I5 = 2 - 1 2(cos j + sin j ) + (1 + sin2j d j = 7p ) 2 0 � 3 � 3 x+y+z=√2 Ta sẽ tính bằng cách thứ 2 Miền D x2+y2=1
- §2. Tích phân bội ba – Đổi biến sang tọa độ trụ 2−x −y 1 z � �2 I5 = � � � � dxdy x2 +y 2 1 2 2 2 0 x +y � � 2 2 2 + x + y − 2 2x − 2 2y + 2 xy = � � dxdy x2 + y 2 1 x2 + y 2 Ta đang có tích phân kép trên cả hình tròn nên ta sẽ đổi tích phân kép trên sang tọa độ cực thông thường và được 2π 2 + r 2 − 2 2r (cos ϕ + sin ϕ ) + 2r 2 sin ϕ cos ϕ 1 I5 = �dϕ � r dr 0 0 r
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 7 - TS. Đặng Văn Vinh
58 p | 137 | 22
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 1 & 2
86 p | 379 | 20
-
Bài giảng Giải tích 2 - Chương 2: Tích phân bội
113 p | 168 | 13
-
Bài giảng Giải tích 2 - Chương 3: Tích phân đường (Phần 2)
38 p | 143 | 8
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 5 - TS. Nguyễn Văn Quang
55 p | 54 | 6
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 6 - TS. Nguyễn Văn Quang
98 p | 40 | 6
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 3 - Trần Ngọc Diễm (Phần 2)
50 p | 67 | 5
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 5 - Trần Ngọc Diễm (Phần 1)
46 p | 87 | 5
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 3 - Hoàng Đức Thắng
57 p | 62 | 5
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 2 - Hoàng Đức Thắng
38 p | 59 | 5
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 1 - Trần Ngọc Diễm (Phần 1)
38 p | 47 | 4
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 3 - Trần Ngọc Diễm (Phần 1)
26 p | 46 | 4
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 2 - Trần Ngọc Diễm (Phần 2)
28 p | 64 | 4
-
Bài giảng Giải tích 2 - Chương 4: Tích phân mặt
60 p | 80 | 4
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 0 - Trần Ngọc Diễm
16 p | 41 | 3
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 1 - Trần Ngọc Diễm (Phần 2)
44 p | 61 | 3
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 1 - Trần Ngọc Diễm (Phần 3)
10 p | 49 | 3
-
Bài giảng Giải tích 2: Chương 2 - Trần Ngọc Diễm (Phần 1)
32 p | 50 | 3
Chịu trách nhiệm nội dung:
Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA
LIÊN HỆ
Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM
Hotline: 093 303 0098
Email: support@tailieu.vn