Перейти к содержанию

Тройной интеграл

Математика Алгебра Сложность 2/5

Начало урока

1. Определение тройного интеграла

Знакомая схема — всего на одно измерение больше

Вы уже дважды видели эту конструкцию. Для обычного (однократного) интеграла мы разбивали отрезок на части, выбирали точки, суммировали и переходили к пределу. Для двойного интеграла мы разбивали плоскую область на маленькие прямоугольники (ячейки), выбирали точки, суммировали и переходили к пределу. Тройной интеграл повторяет ту же схему с ещё одним измерением: мы разбиваем тело на маленькие трёхмерные ячейки (крошечные параллелепипеды), вычисляем значение функции в пробной точке внутри каждой ячейки, суммируем и переходим к пределу при стремлении размеров ячеек к нулю. Ничего принципиально нового — просто на одно измерение больше.

Формально: пусть $f(x,y,z)$ непрерывна на параллелепипеде $B = [a,b]\times[c,d]\times[p,q]$. Разобьём каждый отрезок на части шириной $\Delta x_i$, $\Delta y_j$, $\Delta z_k$, образуя подъячейки объёмом $\Delta V = \Delta x_i\,\Delta y_j\,\Delta z_k$. Выберем пробную точку $(x_{ijk}^*,\,y_{ijk}^*,\,z_{ijk}^*)$ в каждой подъячейке. Тогда:

$$\iiint_B f(x,y,z)\,dV = \lim_{m,n,\ell\to\infty} \sum_{i=1}^{m}\sum_{j=1}^{n}\sum_{k=1}^{\ell} f(x_{ijk}^*,\,y_{ijk}^*,\,z_{ijk}^*)\,\Delta V$$

Определение естественно распространяется на непрямоугольные области $S$: достаточно заключить $S$ в параллелепипед и положить $f=0$ вне $S$.

Что «говорит» тройной интеграл
  • Масса по объёмной плотности. Если $f(x,y,z) = \rho(x,y,z)$ — плотность массы (масса на единицу объёма), то $\iiint_S \rho\,dV$ даёт полную массу тела $S$. Это главная физическая интерпретация.
  • Объём тела. Положим $f(x,y,z) = 1$. Тогда $\iiint_S 1\,dV = \text{Объём}(S)$. Постоянная функция $1$ — рабочая лошадка этой темы: она превращает тройной интеграл в вычислитель объёма.
  • Почему не «объём под поверхностью»? Двойной интеграл $\iint_R f(x,y)\,dA$ можно трактовать как объём под поверхностью $z=f(x,y)$. Для тройного интеграла аналогичная трактовка потребовала бы четвёртого пространственного измерения — а его у нас, увы, нет. Картинки «объём под гиперповерхностью» в нашем распоряжении не существует.

Продолжите этот урок на YourAIZone

В полном уроке — объяснение целиком, разобранные примеры, частые ошибки, тесты с мгновенной проверкой и ИИ-репетитор. Начните сразу как гость или создайте аккаунт, чтобы сохранять прогресс.

В полном уроке

  • Объяснение целиком
  • Разобранные примеры
  • Частые ошибки и как их избежать
  • Тестовые вопросы: 15
  • ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы по теме
  • Отслеживание прогресса для ученика, родителей и учителя