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二重積分相加交換積分次序的方法

生活 更新时间:2025-05-02 10:48:48

有些三重積分,直接計算時很複雜,甚至出現沒有原函數的情形,似有山重水複疑無路之感。若将三重積分進行積分次序交換,則會有柳暗花明又一村之效,從而化複雜為簡單,化不可能為可能。

三重積分的積分次序交換原則:

  鄰近平面交換;第三變量常數。

解釋:對于三重積分

二重積分相加交換積分次序的方法(三重積分交換積分次序)1

其積分次序為z→y→x,如果要将積分次序換為x→z→y,即

二重積分相加交換積分次序的方法(三重積分交換積分次序)2

則應分兩步進行:

第一步,将z看作常數,原積分在xoy面的區域D(z)交換積分次序,原積分變為

二重積分相加交換積分次序的方法(三重積分交換積分次序)3

第二步,将y看作常數,此積分在xoz面的區域D(y)交換積分次序,此積分變為

二重積分相加交換積分次序的方法(三重積分交換積分次序)4

同理,要将積分次序z→y→x換為z→x→y,則先将x看作常數,原積分在yoz面的區域D(x)交換積分次序,再将y看作常數,在xoz面的區域D(y)交換積分次序即可。

例1 将三重積分

二重積分相加交換積分次序的方法(三重積分交換積分次序)5

交換積分次序為x→z→y。

第一步,将z看作常數,在xoy平面區域為:

0<y<1-x,0<x<1

交換次序後為:

0<x<1-y,0<y<1

原積分變為:

二重積分相加交換積分次序的方法(三重積分交換積分次序)6

第二步,将y看作常數,在xoz平面上區域為:

0<z<x y,0<x<1-y

其中0<y<1。該區域如圖:

二重積分相加交換積分次序的方法(三重積分交換積分次序)7

交換積分次序後為兩部分:

0<x<1-y,0<z<y

z-y<x<1-y,y<z<1

因此,交換積分次序後最終結果為:

二重積分相加交換積分次序的方法(三重積分交換積分次序)8

例2 計算三重積分

二重積分相加交換積分次序的方法(三重積分交換積分次序)9

直接計算很複雜,考慮計算時最後進行z變量的積分,這樣可減少計算量。因此交換積分次序:

二重積分相加交換積分次序的方法(三重積分交換積分次序)10

例3 計算三重積分

二重積分相加交換積分次序的方法(三重積分交換積分次序)11

由于被積函數沒有顯式原函數,可以通過交換積分次序來計算。首先交換y和z,這時将x看作常量。

二重積分相加交換積分次序的方法(三重積分交換積分次序)12

此積分被積函數還是不能積出,繼續交換積分次序:

二重積分相加交換積分次序的方法(三重積分交換積分次序)13

二重積分相加交換積分次序的方法(三重積分交換積分次序)14

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