Обчислення подвійного інтеграла в декартових і полярних координатах

План

•Обчислення подвійного інтеграла в декартових координатах

•Подвійний інтеграл в полярних координатах

Обчислення подвійного інтеграла

При одержимо подвійний інтеграл

.

1. Обчислення подвійного інтеграла

в декартових координатах

Обчислюючи подвійний інтеграл, будемо опиратися на той факт, що він виражає об’єм циліндричного тіла з основою , обмеженого поверхнею . Нагадаємо, що задача про об’єм тіла розглядалася при вивченні застосування означеного інтеграла до задач геометрії. Дістали формулу

де - площа поперечного перерізу тіла площиною, перпендикулярною до осі , а і - рівняння площин, що обмежують тіло. Застосуємо тепер цю формулу для обчислення подвійного інтеграла.

Припустимо спочатку, що область задовольняє таку умову: будь-яка пряма, паралельна осі , перетинає границю області не більше , ніж у двох точках. Називатимемо таку область правильною в напрямі осі , або правильною в напрямі осі.

На рис. 11.4 зображено циліндричне тіло. Область беремо в прямокутник , сторони якого дотикаються до межі області в точках Інтервал є ортогональною проекцією області на вісь , а інтервал - ортогональною проекцією області на вісь . На рис. 11.5 область показана в площині

Точками і границя розбивається на дві лінії: і , кожна з яких перетинається з будь-якою прямою, паралельною осі, в одній точці. Тому рівняння цих ліній запишуться так:

Так само точками і межа області розбивається на лінії і, рівняння яких:

Розітнемо циліндричне тіло довільною площиною, паралельною площині , тобто (рис. 11.4). В перерізі матимемо криволінійну трапецію , площа якої визначається інтегралом від функції , що розглядається як функція однієї змінної , причому змінюється від ординати точки до ординати точки . Точка називається точкою входу прямої в область , а точка - точкою виходу із області. Із рівняння ліній і випливає , що ординати цих точок при взятому дорівнюють і. Отже, інтеграл

дає вираз для плоского перерізу . Величина цього інтеграла залежить від вибраного , тобто є функцією . Позначивши його через , маємо:

Згідно з формулою (11.16) об’єм усього тіла дорівнюватиме інтегралу від , якщо .

Замінюючи у формулі (11.16) її виразом (11.17), дістаємо

або в зручнішій формі

Міняючи і місцями, можна вивести й формулу:

З (11.18) і (11.19) бачимо, що значення повторного інтеграла (що стоїть у правій частині рівності (11.18) або (11.19) ) не залежить від порядку інтегрування за різними аргументами: