三重积分

Triple Integral

立体的质量,基本思路:将三重积分化为三次积分

∭Ωf(x,y,z)dV=limλ→0∑i=1nf(ξi,ηi,ζi)ΔVi

一、直角坐标

1. 先一后二

先将 f(x,y,z) 看作 z 的函数,对 z 积分得到 F(x,y),然后计算在 Dxy 上的二重积分,再将二重积分化为二次积分得到三重积分的计算公式:

∭Ωf(x,y,z)dv=∬DxyF(x,y)dσ=∫abdx∫y1(x)y2(x)dy∫z1(x,y)z2(x,y)f(x,y,z)dz

2. 先二后一

先计算一个 Dxy 上的二重积分,再计算一个的定积分:

∭Ωf(x,y,z)dv=∫c1c2dz∬Dzf(x,y,z)dxdy

二、柱面坐标

圆柱坐标系

{x=ρcos⁡θy=ρsin⁡θz=z⇒dxdydz→ρdρdθdz∭Ωf(x,y,z)dv=∭ΩF(ρ,θ,z)ρdρdθdz

积分次序:dz→dρ→dθ
先对 z 积分,得到极坐标形式的二重积分,计算三重积分

三、球面坐标

{x=rsin⁡φcos⁡θy=rsin⁡φsin⁡θz=rcos⁡φ⇒dxdydz→r2sin⁡φdrdφdθ∭Ωf(x,y,z)dxdydz=∭ΩF(r,φ,θ)r2sin⁡φdrdφdθ

dv=r2sin⁡φdrdφdθ, 积分次序:dr→dφ→dθ

注意球面坐标是以球心为参考系的,从球心积分,如果球心不在坐标原点 (a,b,c),注意换元为:

{x−a=rsin⁡φcos⁡θy−b=rsin⁡φsin⁡θz−c=rcos⁡φ