Замена переменных в тройных интегралах
Найти объем области U, заданной неравенствами
![]()
Найти объем наклонного параллелепипеда, заданного неравенствами
![]()
При вычислении тройного интеграла, как и двойного, часто удобно сделать замену переменных. Это позволяет упростить вид области интегрирования или подынтегральное выражение. Пусть исходный тройной интеграл задан в декартовых координатах x, y, z в области U:
Требуется вычислить данный интеграл в новых координатах u, v, w. Взаимосвязь старых и новых координат описывается соотношениями:
Предполагается, что выполнены следующие условия:
Тогда формула замены переменных в тройном интеграле записывается в виде:
- Функции φ, ψ, χ непрерывны вместе со своими частными производными;
- Существует взаимно-однозначное соответствие между точками области интегрирования U в пространстве xyz и точками области U' в пространстве uvw;
- Якобиан преобразования I (u,v,w), равный
отличен от нуля и сохраняет постоянный знак всюду в области интегрирования U.
В приведенном выражении
означает абсолютное значение якобиана. Для вычисления тройных интегралов часто используются цилиндрические и сферические координаты.
Ниже приводятся примеры вычисления интегралов с использованием других преобразований координат.
Соленоидальное поле. Векторная трубка в соленоидальном поле
Определение.
- соленоидальное поле, если
.
Векторная линия обладает тем свойством, что в любой ее точке вектор касательной к линии совпадает с
.
Векторная трубка – это совокупность векторных линий.
Пусть
- сечения векторной трубки и
- ее боковая поверхность.
. Рассмотрим внешнюю нормаль к
и применим теорему Остроградского:
, в случае соленоидального поля. Итак,
. На
по определению векторной линии
, поэтому
или
. Изменяя направление нормали на
на противоположное получаем, что поток соленоидального поля через поперечные сечения векторных трубок постоянен.
На главную |