【高等数学】第九章——多元函数积分的概念、计算及其应用

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注:

  • 三重积分和二重积分的区别和联系:二重积分给定一个二维平面,算以这个平面为顶边的三维柱体的体积。那如果被积函数是1,则计算的就是这个平面的面积。

  • 球面坐标系:1)拉门,喇叭,串线。 2)换元后需要加上 r 2 sin ⁡ ϕ r^2\sin\phi r2sinϕ.

  • 一元定积分是一条二维曲线和坐标轴围成的面积,第一型曲线积分是以一条空间曲线为底边形成的梯形的面积,或者理解成空间曲线的质量。

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注:

  • 第一型曲面积分和二重积分:前者是空间曲面的质量,后者是平面曲线的质量。

  • 形心易求的时候可以使用的积分技巧。

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注:

  • 为何使用格林公式:三个条件
  • 为何使用高斯公式:
  • 为何使用斯托克斯公式:

三重积分

方法一:先一后二

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柱坐标 rdr

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例题一

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都是算poly-int,看着复杂其实不难

例题二

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方法二:先二后一

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例题一

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先对称性化简

例题二

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如何确定曲面方程?首先是初始平面的方程。其次,因为绕z轴旋转,所以z不变。最后,旋转半径。
y 1 2 = 2 z 1 y_1^2=2z_1 y12=2z1, z 1 = z z_1=z z1=z, x 2 + y 2 = y 1 2 x^2+y^2=y_1^2 x2+y2=y12

例题三

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被积函数和x,y,z无关,先2后1更简单,最后相当于计算一个最简答的一元定积分

方法三:球坐标 r^2sin\phi

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例题一

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方法四:奇淫巧技

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例题一

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第一型曲线积分

方法一:一投二代三计算——转换为定积分

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例题一

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不要盲目直接设球面坐标,利用相等关系化简。

方法二:奇淫巧技

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例题一

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密度为固定值1

第一型曲面积分

方法一:转换为二重积分

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例题一

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用到了对称性,注意结果==*8==

方法二:奇淫巧技

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计算几种几何量

平面区域

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空间区域

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例题一:利用第一型曲面积分求空间曲面的面积

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例题二

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画图,求投影的时候需要消去Z.

计算重心

平面、曲面、曲线、空间物体

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例题一:求形心坐标

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转动惯量

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例题一

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y 2 = x y^2=x y2=x, 绕 x x x 轴旋转,则 x x x 不变,等式变为 z 2 + y 2 = x z^2+y^2=x z2+y2=x. 旋转面先二后一比较方便。

第二类曲线积分

什么是场?什么是变力做功?

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和其他积分的对称性不同

力与位移相同,做正功;力与位移相反,做负功。对于对称区域,先将曲线的方向进行分解,再将力的方向和曲线的方向进行比较,看是否一致。

方法一:一投二代三计算——化为定积分【高等数学】第九章——多元函数积分的概念、计算及其应用_第18张图片

例题一

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方法二:格林公式

方向相反,做负功。
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例题一

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例题二

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在里面挖洞,椭圆面积= π a b \pi ab πab

第二类曲面积分

方法一:化为二重积分

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方法二:高斯公式

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例题一

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增补的面在xOy上面,法向竖直向下,和z轴的夹角是钝角,故添负号。

例题二

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球体体积公式

空间第二型曲线积分的计算

关键是法向的选择
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例题一

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