Курсовая работа: Двойной интеграл в механике и геометрии

где - значение функции в точке ; и , - площадь ча­стичной области.

Сумма (*) называется n-й интегральной суммой для функции в области D, соответствующей данному разбиению этой области на n частичных областей.

Определение. Двойным интегралом от функции по области D называется предел, к которому стремится n -я интегральная сумма ( * ) при стремлении к нулю наибольшего диаметра частичных областей.

­Записывается это так:

Читается: “двойной интеграл от на по области D”. Выражение , показывающее вид суммируемых слагаемых, называется подынтегральным выражением; функция назы­вается подынтегральной функцией, - элементом площади, об­ласть D - областью интегрирования, наконец, переменные x и у на­зываются переменными интегрирования.

Таким образом, можно сказать, что объем цилиндрического тела, ограниченного плоскостью Oxy, поверхностью и цилиндрической поверхностью с образующей, параллельной оси Oz, выражается двойным интегралом от функции , взятым по области, являющейся основанием цилиндрического тела:

.

Аналогично теореме существования обыкновенного интеграла имеет место следующая теорема.

Теорема существования двойного интеграла.

Если функция непрерывна в области D, ограниченной замкнутой линией , то её n- я интегральная сумма стремится к пределу при стремлении к нулю наибольшего диаметра частичных областей . Этот предел , т . е . двойной интеграл , не зависит от способа разбиения области D на частичные области и от выбора в них точек P_i .

Двойной интеграл, разумеется, представляет собой число, зависящее только от подынтегральной функции и области интегрирования и вовсе не зависящее от обозначений переменных интегрирования, такчто, например,

.

Далее мы убедимся а том, что вычисление двойного интеграла может быть произведено посредством двух обыкновенных интегрирований.

2.Вычисление двойных интегралов.

При вычислении двойного интеграла элемент площади нам удобно представить в ином виде. Будем разбивать область интегрирования D в плоскости Oxy на частичные области посредством двух систем координатных линий: x=const, y=const. Этими линиями служат прямые, параллельные соответственно оси Oy и оси Ox, а частичными областями - прямоугольники со сторонами, параллельными осям координат. Ясно, что площадь каждой частичной области будет равна произведению соответствующих и . Поэтому элемент площади мы запишем в виде т.е. элемент площади в декартовых координатах является произведением дифференциалов независимых переменных. Мы имеем

. (*)

При вычислении двойного интеграла (*) мы будем опираться на тот факт, что он выражает объём V цилиндрического тела с основанием D, ограниченного поверхностью . Напомним, что мы уже занимались задачей об объёме тела, когда рассматривали применения определённого интеграла к задачам геометрии и получили формулу

(**)

Рис.3

где S(х) - площадьпоперечногосечения тела плоскостью, перпендикулярной к оси абсцисс, а и - уравнения плоскостей,ограничивающих тело. Применим теперь этуформулу к вычислениюдвойного интеграла

Предположим сначала, что область интегрирова­ния D удовлетворяет сле­дующему условию: любаяпрямая, параллельная оси Ox или Oy, пересекаетграницу области не более чем в двухточках. Соответствующее цилиндрическое тело изоб­ражено нарис.3

Область D заключимвнутрь прямоугольника

стороны которого касаются границы области в точках А, В, С, Е. Интервал [а, b] является ортогональной проекцией области D на ось Ох, а интервал [c, d] - ортогональной проекцией облас­ти D на ось Oy. На рис.5 область D показана в плоско­сти Оху.

Точками A и C граница разбивается на две линии: ABC и AEC, каждая из которых пересекается с любой прямой, параллельной оси Oy, в одной точке. Поэтому, их уравнения можно записать в форме, разрешенной относительно y:

(ABC),

(AEC).