理论教育 高等数学二重积分的概念:图解快速求解薄板质量

高等数学二重积分的概念:图解快速求解薄板质量

时间:2023-10-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:引例1 已知一平面薄板,在xOy平面上占有区域D,其质量分布的面密度函数μ=μ(x,y)为D上的连续函数,试求薄板的质量M.图3-1由于薄板质量分布不均匀,故我们采用微元法,分三步解决这个问题.分割:将区域D任意分割成n个小块用Δσi(i=1,2,…

高等数学二重积分的概念:图解快速求解薄板质量

引例1 (平面薄板的质量)已知一平面薄板,在xOy平面上占有区域D,其质量分布的面密度函数μ=μ(x,y)为D上的连续函数,试求薄板的质量M(图3-1).

图3-1

由于薄板质量分布不均匀,故我们采用微元法,分三步解决这个问题.

(1)分割:将区域D任意分割成n个小块

用Δσi(i=1,2,…,n)既表示第i个小块,也表示第i个小块的面积.

(2)求和:记di为Δσi的直径(即di表示Δσi中任意两点间距离的最大值).当di很小时,可以认为在Δσi上质量分布是均匀的,用任意点(ξi,ηi)∈Δσi处的密度μ(ξi,ηi)作为Δσi的面密度,记Δmi为第i个小块的质量,则

引例2 (曲顶柱体的体积)若有一个柱体,它的底是xOy平面上的闭区域D,它的侧面是以D的边界曲线为准线,且母线平行于z轴的柱面,它的顶是曲面z=f(x,y).设f(x,y)≥0为D上的连续函数,称这个柱体为曲顶柱体(图3-2).下面求其体积.

图3-2

为所求曲顶柱体的体积V.(www.daowen.com)

在几何、力学物理工程技术中,许多几何量和物理量虽然不同,但解决问题的方法却完全相同,且最后都归结为同一结构的和式的极限.为更方便地研究此类和式的极限,我们把其数量关系上的共性加以抽象概括,就得到二重积分的概念.

设z=f(x,y)是定义在有界闭区域D上的有界函数.

其中f(x,y)称为被积函数,D称为积分区域,f(x,y)dσ称为被积表达式,dσ称为面积微元,x和y称为积分变量.

若函数f(x,y)在有界闭区域D上的二重积分存在,则称f(x,y)在D上可积.

可以证明:若函数f(x,y)在有界闭区域D上连续,则f(x,y)在D上可积.

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