În analiza matematică , o integrală multiplă sau multiplă este un set de integrale luate din variabile. De exemplu:
Notă: o integrală multiplă este o integrală definită, iar atunci când este calculată, se obține întotdeauna un număr.
Fie o mulțime măsurabilă [1] a unui spațiu real n-dimensional, fie o funcție pe .
O partiție a unei mulțimi este un set de submulțimi disjunse în perechi care se combină pentru a da totul .
Finețea despărțitorului este cel mai mare diametru al seturilor .
O partiție se numește finită dacă este o mulțime finită și măsurabilă dacă toate elementele sale sunt mulțimi măsurabile (în acest caz, conform lui Jordan).
O integrală multiplă (n-fold) a unei funcții dintr-o mulțime este un număr (dacă există) astfel încât, oricât de mică este vecinătatea numărului pe care îl setăm, există întotdeauna o astfel de partiție a mulțimii și o mulțime de puncte intermediare că suma produselor valorii funcției în punctul intermediar al partiției de pe măsura partiției va cădea în această vecinătate. Oficial:
: :Iată măsura setului .
Această definiție poate fi formulată într-o altă formă folosind sume integrale. Și anume, pentru o partiție dată și un set de puncte , luați în considerare suma integrală
Integrala multiplă a unei funcții este limita
dacă există. Limita este preluată de setul tuturor secvențelor de partiții, cu finețea tinzând spre 0. Desigur, această definiție diferă de cea anterioară, de fapt, doar în limbajul folosit.
Integrala se notează după cum urmează:
În articolele moderne de matematică și fizică, utilizarea repetată a semnului integral nu este utilizată.
O astfel de integrală multiplă se numește integrală proprie .
În cazul integrală multiplă este aceeași cu integrala Riemann .
Să existe integrale Darboux superioare și inferioare ale funcției pe . Atunci, dacă integralele Darboux superioare și inferioare sunt egale, atunci această funcție este integrabilă pe , și:
criteriul LebesgueSă fie un set măsurabil Jordan. Funcția este integrabilă dacă:
Să fie o mulțime măsurabilă, să fie și o mulțime măsurabilă, să fie definită și integrabilă pe . Apoi
Orice integrală d-dimensională poate fi redusă la d unidimensionale.
Să fie dată o mapare bijectivă care transformă domeniul în :
,unde sunt coordonatele „vechi” și sunt coordonatele „noile”. Mai mult, lăsați funcțiile care definesc maparea să aibă derivate parțiale continue de ordinul întâi în domeniu, precum și un jacobian mărginit și diferit de zero.
.Apoi, cu condiția ca integrala să existe
formula pentru schimbarea variabilelor este valabilă:
Dacă domeniul de integrare este simetric față de originea coordonatelor pentru cel puțin una dintre variabilele de integrare și integrandul este impar în această variabilă, integrala este egală cu zero, deoarece integralele din cele două jumătăți ale domeniului de integrare au aceeași valoare absolută, dar semne opuse. Dacă integrandul este par peste această variabilă, integrala este egală cu de două ori integrala peste una dintre jumătățile domeniului de integrare, deoarece integralele peste fiecare dintre jumătăți sunt egale.
Exemplul 1. Lăsați funcția să fie integrată peste domeniu
un cerc cu raza 1 centrat la origine.
Folosind proprietatea de liniaritate, integrala poate fi descompusă în trei părți:
2sin( x ) și 3 y 3 sunt funcții impare și, de asemenea, este clar că discul T este simetric atât față de axa x , cât și față de axa y . Astfel, doar constanta 5 contribuie la rezultatul final.
Exemplul 2. Fie ca funcția f ( x , y , z ) = x exp( y 2 + z 2 ) să fie integrată pe o sferă de rază 2 centrată la origine,
„Mingea” este simetrică de-a lungul tuturor celor trei axe, dar este suficient să se integreze de-a lungul axei x pentru a arăta că integrala este 0, deoarece funcția este impară în această variabilă.
O integrală dublă este o integrală multiplă cu .
. Aici , este elementul zonă în coordonatele considerate.În coordonate dreptunghiulare: , unde este elementul de zonă în coordonate dreptunghiulare.
Lăsați funcția să ia numai valori pozitive în domeniu. Atunci integrala dublă este numeric egală cu volumul unui corp cilindric vertical construit pe bază și delimitat de sus de piesa corespunzătoare de suprafață .
În unele cazuri, este mai ușor să se calculeze integrala dublă nu în dreptunghiulare, ci în coordonate polare , deoarece în acest caz poate avea loc o simplificare semnificativă a formei regiunii de integrare și a întregului proces de integrare în ansamblu.
Aplicăm teorema schimbării variabilelor. Transformarea corespunzătoare tranziției are forma:
Modulul jacobianului mapării este . Astfel obținem asta
unde .Aici este elementul zonă în coordonate polare.
Să calculăm aria regiunii .
Trecerea la un sistem de coordonate polare nu va ușura zona:
.Multiplicatorul din fața sinusului „intervine”. În acest caz, tranziția poate fi ușor ajustată:
.Această transformare va traduce zona inițială în următoarele:
.Afișare iacobiană :
.Modulul jacobian este de asemenea .
De aici
.Rezultatul este corect deoarece aria este delimitată de elipsa dată de ecuația canonică. Aria poate fi calculată folosind formula . Prin substituție, ne asigurăm că calculul integralei este corect.
Nume valoare | Expresie generală | Coordonate dreptunghiulare | Coordonate polare |
---|---|---|---|
Aria unei figuri plate | |||
Masa unei plăci plate subțiri
densitate |
|||
Suprafața piesei | |||
Volumul unui corp cilindric,
stând în avion |
|||
Momentul de inerție al unei figuri plate
despre axa |
|||
Momentul de inerție al unei figuri plate
despre axa |
|||
Coordonatele centrului de masă
placă omogenă |
|
||
Note |
1) Aria - proiectie pe un plan ; numai un punct al suprafeței este proiectat în fiecare punct al zonei; este unghiul dintre planul tangent și planul . 2) Combinat cu avionul . 3) Sau, care este același, în raport cu centrul O. |
O integrală triplă este o integrală multiplă cu :
unde este elementul de volum în coordonatele considerate.
În coordonate dreptunghiulare, integrala triplă are următoarea formă:
unde este elementul de volum în coordonate dreptunghiulare.
În mod similar, în unele cazuri, integrala triplă este mai ușor de calculat nu în coordonate dreptunghiulare, ci în coordonate cilindrice . Aplicăm teorema schimbării variabilelor. Transformarea corespunzătoare tranziției are forma:
Modulul jacobianului mapării este . Astfel obținem asta
unde este elementul de volum în coordonate cilindrice.
Pe lângă coordonatele cilindrice, puteți comuta și la coordonatele sferice . Aplicăm teorema schimbării variabilelor. Transformarea corespunzătoare tranziției are forma:
Modulul jacobianului mapării este . Astfel obținem asta
unde este elementul de volum în coordonate sferice.
Nume valoare | Expresie generală | Coordonate dreptunghiulare | Coordonate cilindrice | Coordonate sferice |
---|---|---|---|---|
volumul corpului | ||||
Momentul de inerție al geometricului
corpuri în jurul axei |
||||
Masa unui corp fizic cu densitate | ||||
Coordonatele centrului de masă
corp omogen |
— | — |
Dicționare și enciclopedii | |
---|---|
În cataloagele bibliografice |
Calcul integral | ||
---|---|---|
Principal | ||
Generalizări ale integralei Riemann | ||
Transformări integrale |
| |
Integrare numerică | ||
teoria măsurării | ||
subiecte asemănătoare | ||
Liste de integrale |