【考研数学】六. 三重积分

本文深入讲解了三重积分的基础概念及计算方法,并介绍了被积函数为1时的特殊意义。重点解析了球坐标系和柱面坐标系下的计算技巧,包括如何选择坐标系、换元法则及不同情况下的积分计算策略。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

三重积分

基础知识点1 三重积分的概念

看到这个三重积分的符号就是了:
∭ \iiint

基础知识点2 被积函数为1时三重积分的意义

在这里插入图片描述

基础知识点3 五个必须背下来的图

看到这些方程需要会画大致的图

  1. 无限往上往下延伸的圆柱体的侧面

x 2 + y 2 = a 2 x^2 + y^2 = a^2 x2+y2=a2

  1. 以原点为顶点的上下倒圆锥的侧面

z 2 c 2 = x 2 a 2 + y 2 b 2 \frac{z^2}{c^2} = \frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} c2z2=a2x2+b2y2

如果开方,则只有一半的倒圆锥c>0

  1. 一个碗

c z = x 2 a 2 + y 2 b 2 cz = \frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} cz=a2x2+b2y2

  1. 球半径在x0,y0,z0,半径为a的一个球
  2. 椭球

核心考点1 三重积分的计算

看积分区域,决定是球坐标系还是直角坐标系

如果是球坐标系:换元之后记得被积函数乘多一个p2 sin θ(z轴的角度)

如果是柱面坐标系:就使用下面的方法,将xy换成⚪的表示方法。被积函数乘多一个ρ。

再看被积函数,确定内定外二法(出现了x,y)或者内二外定(没出现x,y)

内定外二法

外层二重积分的积分区域:投影到xOy面

内层定积分的积分上下限:在投影区域中任取一点,做平行于z周的直线。

内二外定法

外层定积分的积分上下限:z的最大值和最小值

内层二重积分的积分区域:一个与x0y面平行的面。

相关问题

1. 计算的代入问题
  • 对于二重积分或三重积分,被积函数都不能代入积分区域的限制。
    (只有曲线曲面才可以代入!)
2. 求质心

与形心类似:这里增多了一个密度ρ

  • 三重积分求质心:
    • x的坐标:对x*ρ的三重积分 / 对 ρ的三重积分
3. 求转动惯量

摘自百科

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

以下是关于三重积分考研中的相关内容及解答方式: --- ### 方法一:了解三重积分的基本概念 三重积分是对三维空间区域上的函数进行积分的一种形式,通常用于求解体积、质量等物理量。其一般表示为 $\iiint_V f(x,y,z) \,dV$,其中 $f(x,y,z)$ 是被积函数,而 $V$ 是积分区域。 --- ### 方法二:掌握常见题型及其解法 1. **直角坐标系下的计算** 当积分区域适合用直角坐标描述时,可以将其分解为三次单变量积分的形式。例如: $$\iiint_V f(x,y,z)\, dV = \int_a^b \int_{g_1(x)}^{g_2(x)} \int_{h_1(x,y)}^{h_2(x,y)} f(x,y,z) \,dz\,dy\,dx$$ 2. **柱面坐标系的应用** 对于圆柱形或轴对称的积分区域,采用柱面坐标 $(r,\theta,z)$ 更加方便。转换关系如下: $x=r\cos\theta$, $y=r\sin\theta$, $z=z$. 其雅可比行列式的值为 $r$,因此积分变为: $$\iiint_V f(x,y,z)\, dV = \int_\alpha^\beta \int_{a}^{b} \int_{c(r,\theta)}^{d(r,\theta)} f(r\cos\theta,r\sin\theta,z)r\, dz\,dr\,d\theta.$$ 3. **球面坐标系的应用** 如果积分区域是球体或者接近球体形状,则选择球面坐标 $(\rho,\phi,\theta)$ 较好。变换规则为: $x=\rho\sin\phi\cos\theta$, $y=\rho\sin\phi\sin\theta$, $z=\rho\cos\phi$. 雅可比行列式为 $\rho^2\sin\phi$,所以积分写成: $$\iiint_V f(x,y,z)\, dV = \int_\gamma^\delta \int_\alpha^\beta \int_c^d f(\rho\sin\phi\cos\theta,\rho\sin\phi\sin\theta,\rho\cos\phi)\rho^2\sin\phi\, d\rho\,d\phi\,d\theta.$$ --- ### 方法三:查找历年真题资源 可以通过以下途径获取含有三重积分的相关考研题目: 1. 借助各大高校发布的数学分析类考研试题集锦,比如北京大学、清华大学以及武汉大学等名校提供的公开资料; 2. 利用在线平台如“文都教育”、“海天考研”下载整理好的专题练习册; 3. 参考书籍《高等数学习题全解指南》,此书中收录了大量针对不同类型的复杂积分运算实例解析。 --- ### 示例代码展示(Python实现简单数值模拟) 对于某些无法直接手算的情况,可通过编程辅助完成近似结果验证工作。下面给出一个简单的例子来演示如何用 Python 计算特定范围内的定积分: ```python from scipy.integrate import tplquad def integrand(z, y, x): return z * y + x # 自定义待积函数 result, error = tplquad(integrand, 0, 1, lambda x: 0, lambda x: 1-x, lambda x, y: 0, lambda x, y: (1 - x - y)) print(f"Integral result is {result}, with estimated error of {error}") ``` --- ### 注意事项 - 解答过程中需明确指出所选坐标的适用场景; - 结果应尽量简化并标注单位意义; - 若遇到抽象表达式则尝试引入具体参数代入检验正确性。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包

打赏作者

如果皮卡会coding

你的鼓励将是我创作的最大动力

¥1 ¥2 ¥4 ¥6 ¥10 ¥20
扫码支付:¥1
获取中
扫码支付

您的余额不足,请更换扫码支付或充值

打赏作者

实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值