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对于数学一的考生来说,三重积分是一个非常重要的考试要点,考研对学生的要求是熟练掌握三重积分的计算,本文章对其计算方法做详细的介绍。一、“先一后二”法求三重积分
以轴为例,沿轴方向自下而上画一条直线,找到该直线与积分区域的上下两个交点,设这两个交点在方向的坐标分别为和,则它们分别为积分变量的上下限;然后再找出积分区域在平面上的投影,即三重积分可表示为:
【例1】 计算,其中。
解:
二、“先二后一”法求三重积分
以轴为例,作一个垂直于轴的平面,找到该平面与积分区域截面在平面上的投影,则计算二重积分时的积分区域即为;再确定的上下限,即可。此时三重积分可表示.
【例2】 计算其中是由平面与三坐标平面所围成;
解:
【注】(1)一般来说,当积分区域是由旋转曲面围成或是被积函数为或考虑使用“先二后一”。
(2)使用“先二后一”法的关键是确定第一步二重积分的积分区域,方法是作一个与轴垂直的平面,找出该平面在积分区域上的截面。
三、利用球面坐标系计算三重积分
球面坐标通过三个变量来确定三维空间中的点。其中为点到原点的距离,;将平面部分的半平面逆时针旋转,当旋转到经过该点时,所转过的角度即为,将该点与原点连接,该连线与轴正半轴的夹角即为。它与直角坐标系的转换公式为。
三重积分球面坐标转换公式:。
【例3】计算,其中由,所围成。
解:令则原式为:
【注】球面坐标定限的一般方法:
(1)画一条从原点出发的射线,使其穿过积分区域,找出积分区域和该射线相交的部分(结合图像)。在相交的这一段上,找出的最大值和最小值,即为的积分上下限。
(2)和的积分上下限,就是使得该射线与积分区域相交的取值范围;考试对三重积分的计算要求并不高,了解简单的计算方法即可。
四、利用对称性简化三重积分
(1)奇偶性:假设积分区域关于坐标平面对称,则。
其中为积分区域位于坐标平面上方区域。
(2)轮换对称性:假设积分区域关于平面对称,则。
【例4】求,其中。
解:积分区域关于平面和平面对称,由奇偶性知;
则原式变成
【注】当积分区域关于某一个坐标平面对称时,要优先考虑借助函数的奇偶性化简积分。考研实用工具推荐
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