Пример:
Пример:
Вопрос № 34. Геометрические и физические приложения двойного интеграла.
(1)
Из 1 следует - -объем цилиндрического тела ограниченной поверхностью Z и основанием D на плоскости ОХУ – это и есть ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ДВОЙНОГО ИНТЕГРАЛА.
Физический смысл двойного интеграла:
Вопрос № 35. Понятие тройного интеграла. Геометрический и физический смысл тройного интеграла. Свойства. Вычисление тройного интеграла в прямоугольных декартовых координатах.
Геометрический смысл тройного интеграла заключается в том, что если f(x,y,z)=1, то интегральная сумма содержит только объемы ΔVi (i=1,…,n).
Но тогда в пределе получаем объем тела V:
Физический смысл тройного интеграла - масса тела переменной плотности.
Вычисление тройных интегралов сводится к вычислению повторных интегралов при детальном учете конфигурации области интегрирования и зависит также от выбранной системы координат.
Тройные интегралы – это аналог двойного интеграла для функции трёх переменных, заданной как f (M) = f (x, y, z).
Вопрос № 36. Приложения тройного интеграла.
Объем тела
Масса тела
Статические моменты
Центр тяжести тела
Моменты инерции тела
Вопрос № 37. Понятие криволинейного интеграла первого рода. Вычисление. Физический смысл.
Интеграл называется криволинейным потому, что область интегрирования – кривая линия l (в частном случае – прямая). Криволинейный интеграл по длине дуги (I рода).
К понятию криволинейного интеграла по длине дуги приводит, например, задача о нахождении массы неоднородной, материальной кривой l. Рассмотрим эту задачу.
Во избежание громоздкости вычислений ограничимся плоской кривой l.
Пусть на плоскости задана непрерывная, неоднородная кривая l, линейная плотность которой
,
то есть плотность есть величина переменная, зависящая от координат точки M (x, y). Найдём массу кривой l. Будем решать задачу методом интегральной суммы.
|
1. Разобьём l на n частей произвольным способом:
.
2. Элементарные участки кривой l настолько малы, что плотность на каждом из них можно считать постоянной, равной плотности в некоторой его средней точке. Тогда массу элемен-
|
тарной дуги вычислим по формуле
.
3. Масса всей кривой АВ будет равна
.
4. Для получения точного значения массы кривой необходимо перейти к пределу при условии, что , а каждая элементарная дуга стягивается в точку.
Тогда
. (1)
Отвлекаясь от конкретного содержания приведённой задачи, рассмотрим функцию
,
непрерывную в точках кривой l.
● Предел (1) интегральной суммы, составленной для этой функции при условии, что и , называется криволинейным интегралом от функции по длине дуги АВ и обозначается символом , или , или .
Таким образом,
, (2)
где l – линия (или кривая, или контур) интегрирования,
d l – дифференциал дуги,
f(M) – подынтегральная функция, непрерывная в каждой точке l.
Кривая должна быть гладкой.
●Геометрически кривая называется гладкой, если она непрерывна и в каждой точке кривой можно провести единственную касательную, направление которой изменяется непрерывно при движении точки касания по кривой.
|
Вернёмся к задаче, учитывая (2),
(физический смысл криволинейного интеграла по длине дуги).
Если – длина кривой АВ (геометрический смысл).
|
Криволинейный интеграл по длине дуги обладает свойствами определённого интеграла. Остановимся на трёх из них.
1. При изменении направления интегрирования криволинейный интеграл по длине дуги не изменяет своего значения, то есть
= .
2. Если разбить кривую АВ точкой С на части l1 и l2, то
= + .
Данное свойство применяется на практике тогда, когда контур l является кусочно-гладким.
3). Криволинейный интеграл по замкнутой кривой не зависит от выбора начальной точки на кривой, то есть
Вычисляется криволинейный интеграл 1-го рода сведением к определённому интегралу. Переменная интегрирования зависит от способа задания кривой l. Рассмотрим все случаи вычисления.
1. Кривая l задана уравнением , точки и − концы кривой. Предварительно рассмотрим вычисление dl. Возьмём на кривой l произвольную точку .
|
При перемещении точки М по кривой длина будет изменяться. Следовательно, длину дуги можно рассматривать как функцию x, то есть
.
Тогда , где .
|
Известно, что длины бесконечно малой дуги и стягивающей её хорды являются эквивалентными бесконечно малыми. Поэтому
,
. (3)
Вычисление криволинейного интеграла сводится к вычислению определённого интеграла следующим образом:
= (4)
2. Пусть кривая l задана параметрически
, ,
= (5)
3. Кривая l задана уравнением в полярных координатах. В этом случае , ,
= . (6)
П р и м е р. Найти заряд, распределённый вдоль полуокружности
, если линейная плотность заряда пропорциональна ординате
.
Р е ш е н и е. (ед.зар.).
Достарыңызбен бөлісу: |