二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)

有些三重积分,直接计算时很复杂,甚至出现没有原函数的情形,似有山重水复疑无路之感。若将三重积分进行积分次序交换,则会有柳暗花明又一村之效,从而化复杂为简单,化不可能为可能。

三重积分的积分次序交换原则:

  邻近平面交换;第三变量常数。

解释:对于三重积分

二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)(1)

其积分次序为z→y→x,如果要将积分次序换为x→z→y,即

二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)(2)

则应分两步进行:

第一步,将z看作常数,原积分在xoy面的区域D(z)交换积分次序,原积分变为

二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)(3)

第二步,将y看作常数,此积分在xoz面的区域D(y)交换积分次序,此积分变为

二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)(4)

同理,要将积分次序z→y→x换为z→x→y,则先将x看作常数,原积分在yoz面的区域D(x)交换积分次序,再将y看作常数,在xoz面的区域D(y)交换积分次序即可。

例1 将三重积分

二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)(5)

交换积分次序为x→z→y。

第一步,将z看作常数,在xoy平面区域为:

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

交换次序后为:

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

原积分变为:

二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)(6)

第二步,将y看作常数,在xoz平面上区域为:

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

其中0<y<1。该区域如图:

二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)(7)

交换积分次序后为两部分:

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

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

因此,交换积分次序后最终结果为:

二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)(8)

例2 计算三重积分

二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)(9)

直接计算很复杂,考虑计算时最后进行z变量的积分,这样可减少计算量。因此交换积分次序:

二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)(10)

例3 计算三重积分

二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)(11)

由于被积函数没有显式原函数,可以通过交换积分次序来计算。首先交换y和z,这时将x看作常量。

二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)(12)

此积分被积函数还是不能积出,继续交换积分次序:

二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)(13)

二重积分相加交换积分次序的方法(三重积分交换积分次序)(14)

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