高數(下)六類積分


1.二重積分(PDF P150)

幾何意義:曲頂柱體的體積、平面薄片的質量∫∫Dμ(x,y) dxdy, μ為密度

形式:∫∫Df(x,y) dxdy, dxdy為面積元素

計算方法:交換積分次序簡化、利用對稱性、換元法(dxdy -> Jdudv)

      極坐標代換(dxdy -> rdr) {x=rcosθ,y=rsinθ}

 

2.三重積分(P167)

幾何意義:物體的質量 ∫∫∫Ω f(x,y,z)dv, f為密度

形式: ∫∫∫Ω f(x,y,z)dv= ∫∫∫Ω f(x,y,z)dxdydz , dv為體積元素,Ω為空間中有界閉區域 

計算方法:投影法,截面法,對稱性(積分區域對稱性,輪換對稱性)

     柱面坐標代換(dxdydz -> rdrdθdz){x=rcosθ,y=rsinθ,z=z}

     球面坐標代換(dxdydz -> r2sinφdrdθdφ){x=rsinφcosθ,y=rsinφsinθ,z=rcosφ}  (0≤θ≤2π,0≤φ≤π)

 

重積分的應用(P180)

1.幾何應用: 平面區域的面積、曲面面積、曲頂柱體的體積

2.物理應用:質心、轉動慣量、引力

空間曲面的曲面面積:S=∫∫D√(1+zx2+zy2)dxdy

質心:xc=∫∫D x*μ(x,y) dσ /  ∫∫Dμ(x,y) dσ  , yc=∫∫D y*μ(x,y) dσ /  ∫∫Dμ(x,y) dσ

轉動慣量: 對x軸的轉動慣量 Ix= ∫∫D y2*μ(x,y) dσ, 對y軸的轉動慣量  Iy= ∫∫D x2*μ(x,y) dσ

空間立體對單位質量的質點的引力:Fx = G ∫∫∫Ω ρ(x,y,z)x / rdV,  Fy = G ∫∫∫Ω ρ(x,y,z)y / rdV, Fz = G ∫∫∫Ω ρ(x,y,z)z/ rdV

 

3.第一型曲線積分(P194)

幾何意義:曲線的質量 m = ∫L μ(x,y)dS

形式: ∫L f(x,y)dS

計算方法:用參數方程  

 

4.第一型曲面積分(P224)

幾何意義: 曲面的面積,m = ∫∫S μ(x,y,z) dS, dS曲面微元

形式:∫∫Σf(x,y,z)dS

計算方法:1.曲面投影到平面,2.被積函數三元變兩元,3. 曲面微元變為曲面面積

 

5.第二型曲線積分(P200)

幾何意義:變力沿曲線所做的功

形式:∫L Pdx+Qdy  (有方向)

計算方法:平面封閉曲線上用格林公式,

     當Px=Qy,與積分路徑無關,選取折線路徑計算

 

6.第二型曲面積分(P229)

幾何意義:流向曲面一側的流量

形式:∫∫ΣPdydz+Qdzdx+Rdxdy = ∫∫Σ (Pcosα+Qcosβ+Rcosγ)dS 

計算方法:合一投影法、分面投影法、高斯公式  

 


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