Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Матеша 3 семак.docx

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
28.02.2024
Размер:
2.81 Mб
Скачать

СЕМЕСТР 3. ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ

1. Определение и свойства двойного интеграла.

Интегральной суммой для функции f(x,y) по области D называется сумма вида:

( , )∆ = ( 1, 1)1 + … + ( , )

=1

Если предел

 

 

,

 

 

 

существует и не зависит ни от способа разбиения области D на части,

ни от выбора

 

 

 

 

 

(или

 

 

), т.е

 

 

 

 

обозначается=1 (

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точек в них, то он называется двойным интегралом от функции f(x,y) по области D и

 

 

 

( , )

 

 

 

( , )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

, где

( , )

— интегрируемая по области D функция, D

 

( , ) = ∑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

и

— переменные интегрирования,

 

(или

 

) — элемент площади.

область интегрирования,

Свойства двойного интеграла( )

:

 

 

 

 

 

 

 

 

1.∙ ( , ) = ∙ ( , ) , — const

2.(1( , ) ± 2( , )) = 1( , ) ± 2( , )

3.Если область D разбить на две области 1 и 2 такие, что 1 2 = , а пересечение 1 и2 состоит лишь из одной линии, их разделяющей, то

( , ) = 1( , ) + 2( , )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

Если в области

 

имеет место неравенство

( , )≥0

,

то и

( , )≥0

. Если в

области

 

 

функции

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

,

то

и

 

 

 

 

 

 

 

( , )

 

 

 

φ( , )

удовлетворяют

неравенству

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( , )≥φ( , )

 

 

 

( , ) ≥ φ( , )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

 

 

=

, тк

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∑ ∆

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

Если

функция

 

( , )

 

непрерывна

в замкнутой

области

 

 

,

площадь которой

 

,

то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

— наименьшее и наибольшее

 

 

 

 

 

 

 

 

≤ ( , )≤

,

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

значения подынтегральной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

функции в области

 

 

 

 

 

 

 

 

непрерывна в замкнутой области

 

,

площадь которой

 

, то в этой

7.

Если

функция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)∙

 

 

 

 

 

 

 

 

области существует

такая точка

 

 

 

, что

 

 

 

 

 

. Величину

 

 

 

 

 

 

 

( , )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( , )

 

( , ) = ( ,

 

 

 

 

 

 

 

 

( , )=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

называют0 0

средним значение функции0

0

 

 

 

в области .

 

 

 

 

 

( , )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( , )

 

 

 

 

 

 

 

2. Вычисление двойного интеграла в декартовой системе координат путем сведения к повторному. Пределы интегрирования (два случая).

Примеры.

Различают два основных вида области интегрирования (правильные):

1. Область интегрирования ограничена слева и справа прямыми = и = ( < ), а снизу и сверху — непрерывными кривыми = φ1( ) и = φ2( ) (φ1( )≤φ2( )), каждая из

которых пересекается вертикальной прямой только в одной точке

φ2( )

∫( ∫ ( , ) ) В этом выражении сначала вычисляется интеграл скобках, причём

φ1( )

интегрирование производится по переменной , а — постоянная. В результате интегрирования

получается непрерывная функция от : Ф( ) =

φ2( )

∫ ( , ) . Эту функцию интегрируем по в

пределах от

 

до

 

:

 

 

.

φ1( )

 

 

 

= ∫ Ф( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Область интегрирования ограничена снизу и сверху прямыми = и = ( < ), а слева и справа — непрерывными кривыми = ψ1( ) и = ψ2( ) (ψ1( )≤ψ2( )), каждая из

которых пересекается горизонтальной прямой только в одной точке

ψ2( )

∫( ∫ ( , ) ) В этом выражении сначала вычисляется интеграл скобках, причём

ψ1( )

интегрирование производится по переменной , а — постоянная.

Следовательно, двойной интеграл от непрерывной функции ( , ) по правильной области равен повторному интегралу от этой функции по области , те

 

 

 

 

 

ψ2( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ2( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( , ) σ = ∫( ∫

( , ) ) = ∫( ∫

( , ) )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ψ1( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ1( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

Примеры №1. Вычислить

 

( − )

,

если область

 

ограничена линиями

= 2

и

= 2 − 1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение: Построим

область

 

. Первая линия — парабола

с

вершиной

 

в точке (0,2),

симметричная

относительно

 

 

 

. Вторая линия — прямая. Решая совместно уравнения

= 2 −

2

и

= 2 − 1

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

найдем координаты точек пересечения: А(-3,-7), В(1,1). Область

интегрирования принадлежит к первому виду. Находим:

2− 2

 

 

1

 

3

 

4

 

 

 

2

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2− 2

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( − ) = ∫

∫ ( − ) = ∫ ( −

2

)|

2 −1

=

∫ (−

 

2

+ +

2

 

2

)

5

 

 

4

 

−3

 

2 −1

 

 

 

 

 

−3

 

 

 

 

−3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (

10

4

+

23

 

+

2

 

23

)|

−31

= 4

154

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Замена переменной в двойном интеграле (общий случай). Определитель Якоби. Примеры.

Если функции = φ( , ) и = ψ( , ) имеют в некоторой области * плоскости непрерывные частные производные первого порядка и отличный от 0 определитель

( , ) = |

 

 

 

|

— определитель Якоби или якобиан, а функция

( , )

непрерывна в

 

 

 

 

 

 

|

 

 

 

|

 

 

 

области , то справедлива формула замены переменной в двойном интеграле:

( , ) = *(φ( , ), ψ( , )) • |( , )|

4. Двойной интеграл в полярной системе координат. Вычисление якобиана. Пределы интегрирования (два случая). Примеры.

Пусть область интегрирования в полярных координатах определяется следующим образом: 0≤ (θ)≤ ≤ (θ), α≤φ≤β, где β − α≤2π. Тогда двойной интеграл в полярных координатах

описывается формулой:

 

 

 

β (θ)

 

 

 

Полярным

 

 

( , )σ = ∫( ∫ ( φ, φ)φ

 

 

0≤ ≤ ≤,

 

 

 

α (θ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

прямоугольником называется область интегрирования, удовлетворяющая условиям:

α≤φ≤β,

 

где

β − α≤2π

и

описывается

формулой:

β

( , )σ = ∫(∫ ( φ, φ)φ

α

5.Приложения двойного интеграла.

Площадь плоской фигуры = = φ

Объем тела = ( , )

Площадь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поверхности

=

1 + (

)2

+ (

)2 =

1 + (

)2

+ (

)2 =

1 + (

)2

+ (

)2

Масса плоской фигуры = γ( , )

Статические моменты и координаты центра тяжести плоской фигуры = ∙γ( , ) и

;

=

 

и

=

 

= ∙γ( , )

 

 

Момент инерции плоской фигуры — произведение массы на квадрат расстояния точки до оси,

те = 2∙γ( , ) и = 2∙γ( , )

6. Определение и свойства тройного интеграла.

Если предел интегральной суммы существует при неограниченном увеличении числа таким образом, что каждая «элементарная область» стягивается в точку, то его называют тройным

интегралом от функции = ( , , ) по области и обозначают

 

 

 

 

 

 

 

,

,

)∆

 

= ( , , )

 

 

( , , ) = ∑ (

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— элемент объема.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема о существовании: Если функция

при

 

и

 

непрерывна в ограниченной замкнутой

области

, то предел интегральной суммы

= ( , , )

 

 

 

способа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

→∞

 

→0

 

в них.

 

 

разбиения области

 

на части, ни от выбора точек

( , , )

Свойства:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

∙ ( , , ) = ∙ ( , , )

 

 

 

 

 

 

2.(1( , , ) ± 2( , , )) = 1( , , ) ± 2( , , )

3.( , , ) = 1( , , ) + 2( , , )

4.

 

( , , )≥0,

если

( , , )≥0;

если

( , , )≥φ( , , ),

то

( , , ) ≥ φ( , , )

 

 

 

 

5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

6. Оценка интеграла ≤ ( , , )≤

7.Теорема о среднем значении: если функция ( , , ) непрерывна в замкнутой области, то в

этой области существует такая точка ( , , ), что ( , , ) = ( , , )∙

0 0 0 0 0

0 0

7. Вычисление тройного интеграла в декартовой системе координат путем сведения к повторному.

φ2( ) 2( , )

( , , ) = ∫

∫ ( , , )

 

φ1( )

1( , )

8. Замена переменной в тройном интеграле (общий случай). Определитель Якоби.

Если функции

( , , ), ( , , ), ( , , )

 

имеют в

некоторой области

 

* плоскости

 

непрерывные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

частные производные первого порядка и отличный от 0 определитель

 

( , , ) = |

 

|≠0

определитель

Якоби

или якобиан, а

,

 

 

 

 

 

 

 

 

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|

 

 

 

 

 

 

функция

( , , )

непрерывна

в области

 

то справедлива формула

замены переменной в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тройном интеграле: ( , , ) = [ ( , , ), ( , , ), ( , , )]∙||

9. Тройной интеграл в цилиндрической системе координат. Вычисление якобиана. Примеры.

= • φ

,=φ,

=; ≥0

,0≤φ≤2π,

( , , ) = |

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

| = |φ

− φ 0 φ φ 0 0 0 1 | = ≥0

 

 

∂ ∂ ∂ ∂

∂ ∂ ∂

|

|

 

( , , ) = [ φ, φ, ]∙ φ

10. Тройной интеграл в сферической системе координат (два варианта). Вычисление якобиана. Примеры.

Сферическими координатами точки ( , , ) пространства называется тройка чисел , φ, θ, где

— длина радиуса-вектора точки , φ — угол, образованный проекцией радиуса-вектора на

плоскость и осью , θ — угол отклонения радиуса-вектора от оси .

= • φ • θ, = • φ • θ, = ∙ θ; ≥0, 0≤φ≤2π, 0≤θ≤π ( , , ) = |φ θ − φ θ φ θ φ θ φ θ φ θ θ 0 − θ | = φ( , , ) = ( φ θ, φ θ, θ)∙2θ∙ φ θ или

( , , ) = ( φ θ, φ θ, θ)∙2θ∙ φ θ

11.Приложения тройного интеграла.

Объем области = = = φ = 2θ φ θ

Масса тела = γ( , , )

Статические моменты

 

= • γ( , , ) ,

= •

γ( , , ) , = • γ( , , )

Координаты центра тяжести

 

,

 

 

,

 

 

 

=

=

=

Момент инерции

▪ относительно плоскостей = 2∙γ( , , ) ,

= 2∙γ( , , ) и

= 2∙γ( , )

 

относительно координатных осей = (2 + 2)∙γ( , , ) ,

= (2 + 2)∙γ( , , ) и = (2 + 2)∙γ( , )

12. Криволинейный интеграл 1–го рода. Определение и свойства.

Криволинейным интегралом по дуге от скалярной функции ( , ) называется предел интегральной суммы при условии, что ∆ →0 при →∞:

∫ ( , ) =

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

непрерывна на кривой

 

, то интеграл

 

=1

 

 

 

 

( , )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема о существовании: Если функция

 

 

существует.

 

(

 

 

 

)

 

 

 

Если ( , , ) > 0, то крив интеграл ∫ ( , ) — масса кривой γ, где ρ = ( , )

переменная плотность (физ смысл)

Если ( , , )≥0, то крив интеграл ∫ ( , ) — площадь части цилиндр поверхности, у

которой направляющая лежит в плоскости , а образующая параллельна z; эта цилиндр поверхность ограничена сверху = ( , ), а снизу плоскостью (геом смысл)

Свойства:

Не зависит от пути интегрирования ∫ ( , ) = ∫ ( , )

 

 

∫ ∙ ( , ) = ∙ ∫ ( , ) , — const

( , ) +

( , ) = ∫

( , ) + ∫

( , )

 

 

и

 

,

 

 

 

 

 

 

(

1

2

 

)

 

1

 

γ

 

2

 

 

γ1

 

γ2

 

 

 

Если

 

контур

интегрирования

 

разбит на

две части

 

 

 

 

то

 

∫ ( , ) = ∫ ( , ) + ∫ ( , )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ

 

 

γ1

 

 

γ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13. Вычисление криволинейного интеграла 1–го рода.

 

 

 

 

Если кривая задана

= φ( )

:

∫ ( , ) = ∫ ( , φ( ))

1 + (φ'( ))2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если кривая задана параметрически:

 

2

( '( ))2 + ( '( ))2

∫ ( , ) = ∫ ( ( ), ( ))

Если

кривая

 

задана

 

1

 

в

 

 

 

пространстве:

 

 

2

 

 

'( ) 2 + '( ) 2 + '( ) 2

 

 

 

∫ ( , , ) = ∫ ( ( ), ( ), ( ))

 

 

 

 

1

∫ ( , ) = ∫ ( φ, φ)

(

2

+ '(φ)

 

2 φ

В полярных координатах:

 

 

(

β )

(

)

 

)

(

)

 

 

 

 

 

α

 

 

 

 

 

 

14.Приложения криволинейного интеграла 1–го рода.

Длина кривой: = ∫

Площадь цилиндр поверхности:

Если ( , , )≥0, то крив интеграл ∫ ( , ) — площадь части цилиндр поверхности, у которой

направляющая лежит в плоскости , а образующая параллельна z; эта цилиндр поверхность ограничена сверху = ( , ), а снизу плоскостью

Масса кривой:

Если ( , , ) > 0, то крив интеграл ∫ ( , ) — масса кривой γ, где ρ = ( , ) — переменная

плотность

 

= ∫ ∙γ( , )

Статические моменты:

= ∫ ∙γ( , ) ,

 

 

 

Координаты центров тяжести: = , =

Моменты инерции: = ∫

2∙γ( , ) , = ∫ 2∙γ( , ) ,

= ∫ (2 + 2)∙γ( , )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15. Криволинейный интеграл 2–го рода. Определение и свойства.

 

Криволинейным

интегралом

 

 

от

вектор-функции

 

 

от

векторного

поля

 

 

 

 

 

 

по направленной дуге

 

называется предел интегральной суммы

( , ) = ( , ) + ( , )

 

 

 

 

 

^

^

 

 

 

^

^

 

 

 

при условии

 

 

 

 

и

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

→0

→0

∫ ( , ) = ∑ [ ( ,

)∆

 

+ (

,

)∆

]

 

Частные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

случаи:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫ ( , ) =

 

^

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∑ (

, )∆

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

^

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)∆

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫ ( , ) = ∑ (

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физический смысл — работа, совершенная переменной силой.

Свойства:

∫ + =− ∫ +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

1

( , ) ±

 

2

( , )

 

и

 

,

 

 

( , ) ±

( , ) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ

 

 

 

γ1

 

γ2

 

 

 

Если

 

контур

интегрирования

разбит на две части

 

 

то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫ ( , ) =

∫ ( , )

+ ∫ ( , )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ

γ1

 

γ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

— const

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫ ∙ ( , )

= ∙ ∫ ( , )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ∫ + ∫

 

 

 

 

 

Крив интеграл по замкнутой кривой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16. Вычисление криволинейного интеграла 2–го рода.

Кривая задана = , = φ( ): ∫ + = ∫[ ( , φ( )) + φ'( ) ( , φ( )) ]

 

 

2

Параметрически: ∫ + = ∫[ ( ( ), ( ))∙ '( ) + ( ( ), ( ))∙ '( )]

 

1

17.Приложения криволинейного интеграла 2–го рода.

Работа переменной силы

Площадь плоской фигуры

18.Условия независимости криволинейного интеграла 2–го рода от пути

интегрирования.

19. Формула Грина. Интегрирование полного дифференциала.

20. Поверхностный интеграл 1–го рода. Определение и свойства.