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三重积分平均值_微积分II 多重积分换元法15.8 (23)

2024-11-30 来源:个人技术集锦

已经来到了多重积分的最后一节换元法(Substitutions in Multiple Integrals)了,接下来要双线开战(Chapter16向量函数相关& Chapter10级数),不然进度怕不是要赶不上考试ddl了。

换元是为了方便求解。一元函数下,换元公式

换元也可以理解为换系

不妨设原函数在原

注意前后顺序和上下顺序:因为是对原坐标系求导,所以原系的未知元在分母。所以,换元的整个过程可以表示为

Example 1: 把

坐标系
转换为极坐标

Example 1: evaluate

by applying the transformation

被积函数变为
积分范围变为如图所示,从一个平行四边形还原成一个矩形区域。
因此

函数还原一般遵循两个原则:一是化简被积函数,二是化简被积函数定义域(至少不能变的更复杂)。

Example: evaluate

则有
这波反解后的定义域变为下图的表格。

三元函数下的换元法

三元函数的换元法还不如直接上计算机暴力解题呢,个人感觉这个部分的贡献就是球形坐标系(spherical coordinates)、圆柱坐标系(cylindrical coordinates)和直角坐标系(rectangular coordinates)之间相互转化。

对于函数

如果能找到三个一一对应的函数分别表示
使得
则有如图的变换

三阶雅各宾行列式

三阶雅各宾行列式无非是三个维度”微小变化量的体积“。

怎么样,你学废了吗(大雾)?其实规律很好找,分母是每行不变,分子是每列不变。

对于柱坐标和直角坐标的转化,

(熟悉的项回来了不是吗?)

对于球形坐标系有

因此
(熟悉的项又回来了不是吗?惊喜)

具体的三元函数题目就不贴了,我感觉和二元区别不大,只是徒增计算量(希望学校不要刁难我)。


回顾:

Jerry:微积分II 圆柱坐标和球形坐标下三重积分15.7 (22)

Jerry:微积分II 长方形坐标系(Rectangular Coordinate)下三重积分15.5 (21)

Jerry:微积分II 极坐标(Polar Coordinate)下的二重积分15.4 (20)

Jerry:微积分II 二重积分求面积&函数平均值15.3 (19)

Jerry:微积分II 二重积分15.2 (18)

Jerry:微积分II (长方形区域)多重积分15.1 (17)

Jerry:微积分II 二元泰勒多项式14.9 (16)

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Reference

Thomas, G., Weir, M., & Hass, J. (2014).Thomas' calculus(Thirteenth ed.).

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