Файл: Tulenko Двойные интегралы.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 31.03.2021

Просмотров: 449

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

2.

Âû÷èñëåíèå

äâîéíîãî

èíòåãðàëà

â

äåê

àðòîâîé

ñèñòåìå

ê

îîð

äèíàò

(ñâåäåíèå

ê

ïîâòîðíîìó)

I.

Ïó

ñòü

îáëàñòü

èíòåãðèðîâàíèÿ

D

ïðåäñò

àâëÿåò

ñîáîé

êðèâîëèíåéíóþ

òðàïåöèþ

ñ

îñíîâàíèÿìè,

ïàðàëëåëüíûìè

îñè

Oy

,

à

ñíèçó

è

ñâåð

õó

îãðàíè÷åííóþ

íåïðåðûâíûìè

êðè-

âûìè

y

=

y

1

(

x

)

è

y

=

y

2

(

x

)

(ðèñ.

2).

èñ.

2

Ò

àêóþ

îáëàñòü

èíòåãðèðîâàíèÿ

íàçîâåì

ïðîñòîé

îòíîñè-

òå

ëüíî

îñè

Oy

.

Ò

åîðåìà

1.

Ïóñòü

óíêöèÿ

f

(

x, y

)

èíòåãðèðóå

ìà

íà

D

è

äëÿ

êàæäîãî

èêñèðîâàííîãî

x

[

a, b

]

ñóùåñòâóåò

èíòå-

ãð

àë

y

2

(

x

)

R

y

1

(

x

)

f

(

x, y

)

dy

,

òîãäà

ñóùåñòâóåò

ïîâòîðíûé

èíòåãð

àë

b

Z

a

dx

y

2

(

x

)

Z

y

1

(

x

)

f

(

x, y

)

dy

6


background image

è

îí

ð

àâåí

äâîéíî

ìó

Z Z

D

f

(

x, y

)

dxdy.

Ò

àêèì

îáðàçîì,

â

ñëó÷àå

ïðîñòîé

îòíîñèòå

ëüíî

îñè

Oy

îáëàñòè

èíòåãðèðîâàíèÿ

ñïðàâåäëèâà

îðìó

ëà

Z Z

D

f

(

x, y

)

dxdy

=

b

Z

a

dx

y

2

(

x

)

Z

y

1

(

x

)

f

(

x, y

)

dy.

(3)

I

I.

Ïó

ñòü

îáëàñòü

èíòåãðèðîâàíèÿ

D

ïðåäñò

àâëÿåò

ñîáîé

êðèâîëèíåéíóþ

òðàïåöèþ

ñ

îñíîâàíèÿìè,

ïàðàëëåëüíûìè

îñè

Ox

,

à

ñëåâà

è

ñïðàâà

îãðàíè÷åííóþ

íåïðåðûâíûìè

êðè-

âûìè

x

=

x

1

(

y

)

è

x

=

x

2

(

y

)

(ðèñ.

3).

èñ.

3

Ò

àêóþ

îáëàñòü

èíòåãðèðîâàíèÿ

íàçîâåì

ïðîñòîé

îòíîñè-

òå

ëüíî

îñè

Ox

.

Ò

åîðåìà

2.

Ïóñòü

óíêöèÿ

f

(

x, y

)

èíòåãðèðóå

ìà

íà

D

è

äëÿ

êàæäîãî

èêñèðîâàííîãî

y

[

c, d

]

ñóùåñòâóåò

èíòå-

7


background image

ãð

àë

x

2

(

y

)

R

x

1

(

y

)

f

(

x, y

)

dx

,

òîãäà

ñóùåñòâóåò

ïîâòîðíûé

èíòåãð

àë

d

Z

c

dy

x

2

(

y

)

Z

x

1

(

y

)

f

(

x, y

)

dx

è

îí

ð

àâåí

äâîéíî

ìó

Z Z

D

f

(

x, y

)

dxdy.

Ò

àêèì

îáðàçîì

äëÿ

ïðîñòîé

îòíîñèòå

ëüíî

îñè

Ox

îáëà-

ñòè

èíòåãðèðîâàíèÿ

ñïðàâåäëèâà

îðìó

ëà

Z Z

D

f

(

x, y

)

dxdy

=

d

Z

c

dy

x

2

(

y

)

Z

x

1

(

y

)

f

(

x, y

)

dx.

(4)

Â

îðìó

ëàõ

(3)

è

(4)

ïðèñóòñòâóþò

ïîâòîðíûå

èíòåã-

ðàëû,

ê

îòîðûå

îò

ëè÷àþòñ

ÿ

äðóã

îò

äðóã

à

ëèøü

ïîð

ÿäê

îì

èõ

âû÷èñëåíèÿ.

È

â

òîé

è

â

äðóãîé

îðìó

ëàõ

èíòåãðàëû

âû÷èñëÿþòñ

ÿ

ñïðàâà

íàëåâî,

òî

åñòü

ñíà

÷àëà

âû÷èñëÿåò-

ñ

ÿ

èíòåãðàë,

ñòî

ÿùèé

ñïðàâà

(âíóòðåííèé

èíòåãðàë),

ïðè

ýòîì

ïåðåìåííàÿ,

ê

îòîðàÿ

íå

ñòîèò

ïî

ä

çíàê

îì

äèåðåí-

öèàëà,

ñ÷èò

àåòñ

ÿ

ïîñòî

ÿííîé,

à

çàòåì

âû÷èñëÿåòñ

ÿ

âòîðîé

(âíåøíèé)

èíòåãðàë

îò

óíêöèè,

ïîëó÷åííîé

â

ðåçó

ëü

ò

àòå

âû÷èñëåíèÿ

âíóòðåííåãî

èíòåãðàëà,

ïî

îñò

àâøåéñ

ÿ

âòîðîé

ïåðåìåííîé.

Çàìå÷àíèå:

íóæíî

ïîìíèòü,

÷òî

â

ñèëó

ñâîåãî

îïðåäåëå-

íèÿ

äâîéíîé

èíòåãðàë

ýòî

÷èñëî,

ïîýòîìó

ïðåäåëû

èíòåãðè-

ðîâàíèÿ

âî

âíåøíåì

èíòåãðàëå

äîëæíû

áûòü

âñåã

äà

ïîñòî-

ÿííûìè,

à

ïðåäåëû

âíóòðåííåãî

èíòåãðàëà

ìîãóò

çàâèñåòü

îò

òîé

ïåðåìåííîé,

ê

îòîðàÿ

íå

ñòîèò

â

íåì

ïî

ä

çíàê

îì

äè-

åðåíöèàëà.

8


background image

Ïðåäåëû

èíòåãðèðîâàíèÿ

ìîãóò

áûòü

ïîñòî

ÿííûìè

ê

àê

âî

âíåøíåì,

ò

àê

è

âî

âíóòðåííåì

èíòåãðàëå

òîëüê

î

â

ñëó÷àå

ïð

ÿìîóãîëüíîé

îáëàñòè

èíòåãðèðîâàíèÿ

(ðèñ.

4).

èñ.

4

Åñëè

îáëàñòü

èíòåãðèðîâàíèÿ

ÿâëÿåòñ

ÿ

ïðîñòîé

ê

àê

îò-

íîñèòåëüíî

îñè

Oy

,

ò

àê

è

îòíîñèòåëüíî

îñè

Ox

,

òî

ïðèìå-

íÿòü

äëÿ

âû÷èñëåíèÿ

äâîéíîãî

èíòåãðàëà

ìî

æíî

ê

àê

îð-

ìó

ëó

(3),

ò

àê

è

îðìó

ëó

(4).

Âûáîð

îïðåäåëÿåòñ

ÿ

âèäîì

ïî

äûíòåãðàëüíîé

óíêöèè

f

(

x, y

)

.

Âûáèðàåì

ïîð

ÿäîê

èíòå-

ãðèðîâàíèÿ

ò

àê,

÷òîáû

ïîâòîðíûå

èíòåãðàëû

âû÷èñëÿëèñü

ïðîùå.

Äàëåå

áó

äåì

ðàññìàòðèâàòü

íåïðåðûâíûå

íà

îáëàñòè

èí-

òåãðèðîâàíèÿ

óíêöèè

f

(

x, y

)

,

ïîñê

îëüêó

,

åñëè

óíêöèÿ

íå-

ïðåðûâíà

íà

çàìêíóòîé

îáëàñòè

D

,

òî

îíà

èíòåãðèðó

åìà

íà

íåé

è

îðìó

ëû

(3),

(4)

èìåþò

ìåñòî.

Çàìå÷àíèå:

ó

ñëîâèå

íåïðåðûâíîñòè

ÿâëÿåòñ

ÿ

äîñò

àòî÷-

íûì

äëÿ

èíòåãðèðó

åìîñòè

óíêöèè.

Ýòî

îçíà

÷àåò

,

÷òî

äâîé-

íîé

èíòåãðàë

ìî

æ

åò

ñóùåñòâîâàòü

íå

òîëüê

î

äëÿ

íåïðåðûâ-

íûõ

óíêöèé.

Íà

ïðàêòèê

å

ïðè

ñâåäåíèè

äâîéíîãî

èíòåãðàëà

ê

ïîâòîð-

íîìó

íóæíî

óìåòü

îò

ëè÷àòü

ñëî

æíûå

îáëàñòè

èíòåãðèðîâà-

íèÿ

îò

ïðîñòûõ,

ðàññìîòðåííûõ

âûøå.

Äëÿ

ýòîãî

åñòü

îòíîñèòåëüíî

ïðîñòîé

ïðèåì.

9


background image

×òîáû

ïðîâåðèòü,

÷òî

îáëàñòü

èíòåãðèðîâàíèÿ

D

ÿâëÿåò-

ñ

ÿ

ïðîñòîé

îòíîñèòåëüíî

îñè

Oy

,

çàèê

ñèðó

åì

îáëàñòü

èçìå-

íåíèÿ

ïåðåìåííîé

x

îòðåçîê

[

a, b

]

îñè

Ox

,

ïðîâåäåì

÷åðåç

ê

àæäóþ

òî÷êó

îòðåçê

à

[

a, b

]

âåðòèê

àëüíóþ

ïð

ÿìóþ

(ðèñ.

5).

èñ.

5

Åñëè

ê

àæäàÿ

ò

àê

àÿ

ïð

ÿìàÿ

ïåðåñåê

àåò

ãðàíèöó

îáëàñòè

D

íå

áîëåå

÷åì

â

äâóõ

òî÷ê

àõ

ñëîâèå

1),

à

íèæíÿÿ

è

âåð

õ-

íÿÿ

÷àñòè

ãðàíèöû,

çàêëþ÷åííûå

ìåæäó

ïð

ÿìûìè

x

=

a

è

x

=

b

,

îïèñûâàþòñ

ÿ

ê

àæäàÿ

î

äíèì

ÿâíûì

óðàâíåíèåì

y

=

y

1

(

x

)

è

y

=

y

2

(

x

)

ñîîòâåòñòâåííî

ñëîâèå

2),

òî

îáëàñòü

D

ÿâëÿåòñ

ÿ

ïðîñòîé

îòíîñèòåëüíî

îñè

Oy

è

îïðåäåëÿåòñ

ÿ

ó

ñëîâèÿìè:

a

x

b

,

y

1

(

x

)

y

y

2

(

x

)

.

Åñëè

íå

âûïîëíÿåòñ

ÿ

î

äíî

èç

ó

ñëîâèé,

òî

îáëàñòü

èíòåãðè-

ðîâàíèÿ

íå

ÿâëÿåòñ

ÿ

ïðîñòîé

îòíîñèòåëüíî

îñè

Oy

è

äëÿ

ñâåäåíèÿ

äâîéíîãî

èíòåãðàëà

ê

ïîâòîðíîìó

îðìó

ëîé

(3)

ñðàçó

ïîëüçîâàòüñ

ÿ

íåëüçÿ.

Çàìå÷àíèå:

1)

åñëè

íå

âûïîëíÿåòñ

ÿ

ó

ñëîâèå

1,

òî

îáëàñòü

ñëåäó

åò

ðàçáèòü

íà

ïðîñòûå

ïð

ÿìûìè,

ïàðàëëåëüíûìè

îñè

Oy

(ðèñ.

6,

à).

2)

åñëè

íå

âûïîëíÿåòñ

ÿ

ó

ñëîâèå

2,

òî

îáëàñòü

íóæíî

ðàç-

áèòü

íà

ïðîñòûå

ïð

ÿìûìè,

ïàðàëëåëüíûìè

îñè

Oy

è

ïðî-

õ

î

äÿùèìè

÷åðåç

òî÷êè

îáëàñòè

D

,

â

ê

îòîðûõ

èçìåíÿåòñ

ÿ

10