Тройной интеграл Объём цилиндрического тела

Задача о массе поверхности.

Пусть на гладкой поверхности z = z(x,y) распределена масса с поверхностной плотностью = f(x,y,z). Найти массу всей поверхности.

Задачу решаем методом интегральной суммы аналогично предыдущей задаче. Отличие заключается только в том, что в интегральной сумме ( 3 ) каждое *Si дополнительно умножаем на плотность, которую считаем постоянной и равной = f(Mi) Опр. Поверхностным интегралом 1-ого рода от функции f(x,y,z) по поверхности z = z(x,y) наз. предел интегральной суммы, полученной путем разбиения поверхности на малые участки и проектирования их на касательные плоскости. Для вычисления интеграла элемент поверхности dS выразим через его проекцию на плоскость хОу :  , и в функции f(x,y,z) переменную z заменим на z(x,y) , т.е. перейдем к значениям функции на самой поверхности.

Интегрирование по частям

ПРИМЕР 1. Вычислить .

РЕШЕНИЕ. Выберем ,  и проведем вычисления согласно (*) (обращаем внимание на возможный вариант записи этих вычислений).

.

При отыскании  постоянную интегрирования положили равной нулю. Можно проверить, что введение произвольной постоянной  при нахождении  не изменит вида окончательного ответа.

2. Иногда для вычисления интеграла приходится применять формулу интегрирования по частям последовательно несколько раз, при этом выбор множителей   и  должен быть преемственным.

РЕШЕНИЕ. Применяя формулу (*) дважды, получим

.

Не всегда выбор множителей  и  в подынтегральном выражении очевиден. В этом случае приходится перебирать различные варианты, отбирая тот, при котором интеграл   проще исходного интеграла.

ПРИМЕР 3. Вычислить , .

РЕШЕНИЕ. Производные функций  и  "проще" самих функций, но при выборе  появляются затруднения с нахождением  (нет в таблице интеграла ). Поэтому полагаем , . Тогда ,  и

.

3. Среди табличных интегралов отсутствуют интегралы таких функций, как   и т.д. Они вычисляются с помощью интегрирования по частям.

ПРИМЕР 4. Вычислить .

РЕШЕНИЕ.

.

4. Интегрирование по частям иногда эффективно для вычисления интегралов от тригонометрических функций, в частности, для , в случае, когда один из показателей – нечетное
отрицательное целое число.

ПРИМЕР. Вычислить .

РЕШЕНИЕ. Множитель  выбираем так, чтобы в интеграле  степень функции в знаменателе уменьшилась. Полагая , имеем

 

.

Иногда формула позволяет искомый интеграл выразить через некоторые функции и этот же интеграл. Полученное равенство является уравнением относительно искомого интеграла. Решив это уравнение, вычислим интеграл. Интегралы такого типа называют возвратными.

Метод замены переменной (интегрирование подстановкой)

Интегрирование дробно-рациональной функций ПРИМЕР . Вычислить . РЕШЕНИЕ. Рационализируем интеграл заменой . Тогда ,  и . Выделим целую часть, правильную дробь разложим на сумму простейших дробей

Диффенцируемость ФНП

Дифференциалы высших пррядков ФНП ПРИМЕР. Для функции . Найти ,  при произвольных  и . Решение. Вычисляем последовательно частные производные  и , а затем , ; . Ниже рассмотрены некоторые часто встречающиеся интегралы и применяемые для их вычисления подстановки Тригонометрические подстановки , ,  применяются в тех случаях, когда подынтегральное
выражение содержит радикалы , ,  или их степени.

Приложения определенного интеграла. Как известно, криволинейной трапецией, соответствующей неотрицательной и непрерывной на отрезке [a;b] функции f(x), называется область, ограниченная графиком функции y=f(x), осью OX и двумя вертикальными прямыми x=a, x=b. Коротко это можно записать так:

Геометрический смысл определенного интеграла заключается в том, что площадь такой криволинейной трапеции вычисляется по формуле

   

Пример 5.7. Найти площадь области, ограниченной: 

а) осью ОХ и линиями ;

б) графиками функций .

Решение. Предварительно необходимо построить соответствующие графики и определить область, площадь которой нужно найти. Для случая а) это сделано на рис.5. Очевидно, что заштрихованная область представляется в виде объединения двух криволинейных трапеций:  и . Здесь  – абсцисса точки пересечения графиков функций . Нужное значение найдем, решая соответствующую систему уравнений


Решение типовых задач