习题18 三重积分的计算(续)
三重积分的各种计算方法
三重积分的各种计算方法三重积分是微积分中的一种重要工具，用于计算三维空间中的体积、质量、质心等问题。
在实际应用中，我们经常需要计算三维物体的体积、密度、质心位置等信息，而三重积分提供了一种有效的方法来解决这些问题。
在本文中，我们将介绍三重积分的各种计算方法，包括直角坐标系下的直接计算方法、柱坐标系和球坐标系下的变量变换方法等。
一、直角坐标系下的直接计算方法直角坐标系是我们最常见的坐标系，三重积分在直角坐标系下的计算方法较为直观。
我们以计算三维实体体积为例来介绍直角坐标系下的直接计算方法。
假设我们要计算一个由函数z=f(x, y)所定义的三维曲面与xy平面围成的体积V。
为了计算这个体积，我们将其划分成n个小立方体，每个小立方体的体积可以近似看作dV=Δx×Δy×Δz。
那么整个体积V可以通过对每个小立方体的体积进行求和得到，即V = ∫∫∫dV = ∫∫∫f(x,y)dxdydz,其中∫∫∫表示对整个三维空间的积分。
我们可以先对z方向进行积分，然后对y方向进行积分，最后对x方向进行积分。
这个积分过程可以通过数值积分的方法进行近似计算。
二、柱坐标系下的变量变换方法直角坐标系下的直接计算方法在计算一些特殊形状的物体时可能不太方便，这时可以采用柱坐标系下的变量变换方法。
柱坐标系与直角坐标系的关系可以表示为x=r*cosθ，y=r*sinθ，z=z，其中r表示点到z轴的距离，θ表示点在xy平面的极角。
在柱坐标系下，三重积分的计算公式为V = ∫∫∫f(r*cosθ,r*sinθ,z)r dz dr dθ,其中r的取值范围为[0,∞)，θ的取值范围为[0,2π]。
在进行柱坐标系下的三重积分计算时，我们需要进行相关的变量替换和坐标范围的调整。
具体方法如下：1.将直角坐标系中的函数f(x,y,z)进行变量替换，将x、y、z用r、θ、z表示，并计算出新的函数F(r,θ,z)。
2.确定新的坐标范围，即r的取值范围、θ的取值范围和z的取值范围。
三重积分的计算公式
三重积分的计算公式三重积分是数学分析中的一个重要概念，在许多领域都有着广泛的应用。
要理解三重积分的计算公式，咱们得先从它的定义和基本思想说起。
想象一下，咱们有一个三维空间中的立体区域，就像一个形状不规则的大果冻。
现在咱们要计算这个“果冻”的某种属性，比如说质量。
如果这个“果冻”的密度在每一点都不一样，那该怎么算它的总质量呢？这时候三重积分就派上用场啦。
三重积分的计算公式可以表示为：∭Ω f(x,y,z)dV ，其中Ω表示积分区域，f(x,y,z) 是被积函数，dV 表示体积元素。
那这个体积元素 dV 是啥呢？其实就是 dx dy dz 。
简单来说，就是把这个立体区域划分成无数个非常小的小立方体，每个小立方体的体积就是 dV 。
比如说，有一个简单的例子。
假设我们有一个长方体形状的区域，它的长、宽、高分别是 a、b、c 。
被积函数 f(x,y,z) = 1 ，也就是这个区域的密度处处都是 1 。
那计算这个区域的体积，其实就是对 1 进行三重积分。
先对 z 积分，积分限是从 0 到 c ；再对 y 积分，积分限是从 0 到 b ；最后对 x 积分，积分限是从 0 到 a 。
计算过程就是：∫（从 0 到 a）dx ∫（从 0 到 b）dy ∫（从 0 到 c）dz 。
一步步算下来，最终的结果就是 abc ，这正好就是长方体的体积。
但实际问题中，积分区域可没这么简单，可能是个球体、锥体，或者是更复杂的形状。
这时候就需要根据具体的情况来确定积分限。
我记得之前给学生讲这部分内容的时候，有个学生怎么都理解不了积分限的确定。
我就拿了一个魔方当作例子，把魔方的每一小块看作一个小立方体，然后根据魔方的形状和位置，给他解释怎么确定积分的范围。
最后他终于恍然大悟，那种成就感真是让人开心。
再来说说三重积分的计算方法，常见的有直角坐标法、柱坐标法和球坐标法。
直角坐标法就是咱们上面说的那种，直接按照 x、y、z 的顺序来积分。
三重积分的计算
f (x, y, z)dxdydz
b
dx
y2 ( x)dy
z2 ( x, y) f ( x, y, z)dz
a y1 ( x) z1 ( x, y)
上式是先对 z，次对 y，最后对 x 的三次积分.
注: 类似地，空间区域 还有 yz 型和 zx 型的.
当 是 xy 型或 yz 型或 zx 型空间区域时，都 可以把三重积分按先“定积分”后“二重积分” 的步骤来计算.
y, z）dV
lim
0
i
1
f（
i
,
i
,
i）
Vi
其中dV 称为体积元素.
若 f ( x, y,z) 在有界闭区域上连续，则 f ( x, y,z) 在上 的
三重积分必定存在.
注: 1． f ( x, y, z)dV f ( x, y, z) dxdydz ，
直角坐标系下的体积元素
2. dxdydz 的体积 ( f ( x, y, z) 1 ).
xdxdydz
0
dx 0
2
dy 0
xdz
1
xdx
0
1 x
2 (1
0
x 2 y)dy
1 4
1
(x
2x2
x3
)dx
0
1. 48
例 2. 计算三重积分 I ycos( x z)dxdydz ，
其中 是由抛物柱面 y
x z 所围成的区域.
2
x 及平面 y 0, z 0,
z
2
n
m
lim
0
i
( i
1
,i
,
i
)Vi
三重积分的定义
三重积分先二后一例题
三重积分先二后一例题篇一：三重积分是一种数学工具，可以用来计算面积、体积和其他一些空间量度。
在求解某些三重积分问题时，常常需要按照“先二后一”的方法进行求解。
具体来说，“先二”指的是先计算两个二维积分，即二维平面的面积和体积，再将其代入到三重积分中。
“后一”指的是在计算完两个二维积分后，再计算一个一维积分，即直线的长度或角度，并将其代入到三重积分中。
下面以一个例子来说明“先二后一”的求解方法。
假设要计算以下三重积分: ∫∫∫ f(x, y, z) · dx · dy · dz其中 f(x, y, z) 是一个关于 x、y、z 的函数。
按照“先二后一”的方法，可以先计算两个二维积分，即∫∫ f(x, y, z) · dx · dz = A(x, z)∫∫ f(x, y, z) · dy · dz = B(y, z)其中 A(x, z) 和 B(y, z) 分别是两个二维平面的面积和体积，可以通过几何计算得到。
接下来，将这两个二维积分代入到三重积分中，得到∫∫∫ f(x, y, z) · dx · dy · dz = A(x, z) ·∫∫ f(x, y,z) · dy · dz + B(y, z) ·∫∫ f(x, y, z) · dx · dz最后，再计算一个一维积分，即∫∫ f(x, y, z) · dx · dz = f(x, y, z) · (|x - y| + |z - z|) 并将其代入到三重积分中，即可计算出结果。
除了“先二后一”的方法外，三重积分还有一些其他求解方法，比如“先一后二”、“先二后三”等。
这些方法在实际求解过程中都有不同的适用场景，需要根据具体情况进行选择。
篇二：三重积分是一种数学工具，可以用来计算面积、体积和其他类似的量。
高等数学三重积分例题
高等数学三重积分例题一、计算三重积分∭_varOmega z dV，其中varOmega是由锥面z = √(x^2)+y^{2}与平面z = 1所围成的闭区域。
1. 利用柱坐标计算在柱坐标下x = rcosθ，y = rsinθ，z = z，dV = rdzdrdθ。
锥面z=√(x^2)+y^{2}在柱坐标下就是z = r。
由锥面z = r与平面z = 1所围成的闭区域varOmega，其在柱坐标下的范围为：0≤slantθ≤slant2π，0≤slant r≤slant1，r≤slant z≤slant1。
2. 计算积分则∭_varOmegaz dV=∫_0^2πdθ∫_0^1rdr∫_r^1zdz。
先计算关于z的积分：∫_r^1zdz=(1)/(2)(1 r^2)。
再计算关于r的积分：∫_0^1r×(1)/(2)(1 r^2)dr=(1)/(2)∫_0^1(rr^3)dr=(1)/(2)((1)/(2)-(1)/(4))=(1)/(8)。
最后计算关于θ的积分：∫_0^2πdθ = 2π。
所以∭_varOmegaz dV=(1)/(8)×2π=(π)/(4)。
二、计算三重积分∭_varOmega(x + y+z)dV，其中varOmega是由平面x = 0，y = 0，z = 0及x + y+z = 1所围成的四面体。
1. 利用直角坐标计算对于由平面x = 0，y = 0，z = 0及x + y + z=1所围成的四面体varOmega，其范围为0≤slant x≤slant1，0≤slant y≤slant1 x，0≤slant z≤slant1 x y。
则∭_varOmega(x + y + z)dV=∫_0^1dx∫_0^1 xdy∫_0^1 x y(x + y + z)dz。
2. 计算积分先计算关于z的积分：∫_0^1 x y(x + y+z)dz=(x + y)z+(1)/(2)z^2big|_0^1 x y=(x + y)(1 x y)+(1)/(2)(1 x y)^2展开得x + y-(x^2+2xy + y^2)+(1)/(2)(1 2x 2y+x^2+2xy + y^2)进一步化简为x + y x^2-2xy y^2+(1)/(2)-x y+(1)/(2)x^2+xy+(1)/(2)y^2即(1)/(2)-x^2-xy (1)/(2)y^2。
三重积分的计算与应用
三重积分的计算与应用积分是高等数学中的一个重要概念，它在数学、物理、工程等领域都有广泛的应用。
三重积分是对三维空间中的函数进行积分运算的一种方法，它可以用于计算三维体积、质心位置、质量、物理场的通量等问题。
在本文中，我们将介绍三重积分的计算方法以及一些常见的应用。
一、三重积分的计算方法三重积分在直角坐标系中的计算方法可以分为直角坐标系下的直接计算和变量替换法两种。
1. 直接计算直接计算是指根据积分的定义，将积分区域划分为许多小的体积元，然后对每个小体积元进行积分的方法。
在直角坐标系中，三重积分的计算公式为：∬∬∬_V f(x,y,z) dxdydz其中f(x,y,z)为被积函数，V为积分区域，dxdydz表示三维空间中的体积元。
通过将积分区域V划分成小的立方体，求解每个小立方体的体积和函数值的乘积，再将所有小立方体的贡献相加，即可得到三重积分的结果。
2. 变量替换法当被积函数的积分区域V的形状比较复杂时，直接计算的方法可能比较繁琐。
这时可以利用变量替换法来简化计算。
变量替换法是通过引入新的变量替换积分变量，使得积分区域转化为更简单的形式。
常用的变量替换方法包括球坐标系变换、柱坐标系变换和曲线坐标系变换等。
二、三重积分的应用三重积分在物理学、工程学和计算机图形学等领域有着广泛的应用。
1. 计算体积三重积分可以用来计算三维空间中各种复杂形体的体积。
通过将被积函数设为1，即可计算出积分区域的体积。
2. 质心位置质心是一个物体的重心位置，对于具有连续分布质量的物体，其质心位置可以通过三重积分来计算。
通过将被积函数分别为x、y、z乘以质量密度，然后对三重积分进行计算，即可得到质心位置的坐标。
3. 质量如果一个物体的质量分布在三维空间中不均匀，可以通过三重积分来计算其质量。
将被积函数设为质量密度，然后对积分区域进行三重积分，即可得到质量的大小。
4. 物理场的通量物理场的通量表示单位时间通过单位面积的物理量。
三重积分先一后二例题
三重积分先一后二例题（最新版）目录1.引言：介绍三重积分的概念和计算方法2.三重积分的计算顺序：先一后二3.例题分析：详细解答一个三重积分例题，展示先一后二的计算过程4.总结：回顾三重积分的计算方法和注意事项正文一、引言三重积分是数学中的一个重要概念，它在物理、工程等领域有着广泛的应用。
三重积分的计算方法相对复杂，需要掌握一定的技巧。
在解决三重积分问题时，有一种常见的计算顺序，即先一后二。
接下来，我们将通过一个具体的例题，来详细讲解这种计算方法。
二、三重积分的计算顺序：先一后二在解决三重积分问题时，我们通常按照以下顺序进行计算：1.首先解决第一个积分，即对变量 x 的积分2.然后解决第二个积分，即对变量 y 的积分3.最后解决第三个积分，即对变量 z 的积分这种计算顺序可以帮助我们简化问题，更容易地求解三重积分。
三、例题分析下面，我们通过一个具体的例题，来展示三重积分先一后二的计算过程。
例题：计算三重积分∫∫∫f(x, y, z)dxdydz解：1.首先，解决第一个积分，即对变量 x 的积分。
我们可以将 f(x, y, z) 看作是一个关于 x 的函数，对它进行积分，得到一个关于 y 和 z 的函数。
∫f(x, y, z)dx = F(y, z)2.然后，解决第二个积分，即对变量 y 的积分。
此时，我们将 F(y, z) 看作是一个关于 y 的函数，对它进行积分，得到一个关于 z 的函数。
∫F(y, z)dy = G(z)3.最后，解决第三个积分，即对变量 z 的积分。
对 G(z) 进行积分，得到最终的结果。
∫G(z)dz = H(z) + C其中，C 为积分常数。
通过以上计算过程，我们可以看到，按照先一后二的顺序计算三重积分，可以简化问题，更容易地求解。
四、总结在解决三重积分问题时，先一后二的计算顺序是一种有效的方法。
通过先解决第一个积分，再解决第二个积分，最后解决第三个积分，可以简化问题，更容易地求解。
三重积分的几种计算方法
例5. 计算 zdxdydz,
其中 ={(x, y, z) | x2+y2+z2≤1, z≥0}.
解：x2+y2+z2=1 r=1
z
用 = 截 得 D()
而 0≤ ≤2 故
0
x
y
原积分
r cos r 2sindrdd
*
2
0 d
r 3cos sin drd
D ( )
z x 0
2
0 d
z
z=z2(x, y)
f (x, y, z)dxdydz
y
[ z2 (x,y) f (x, y, z)dz]dxdy
z=z1(x, y)
D z1 ( x, y)
D
y=y2(x)
0
a y=y1(x) b
x
设 D 为 在 xy 平面上投影区域.
dxdy z2 (x,y) f (x, y, z)dz
z
x2 y2
.
4
y 原积分
a
r 2 r 2 sin drdd *
2
0 d
r 4sindrd
D( )
z
y
a
x
2
0 d
r 4sindrd
D( )
2
0
d
4
0
sin d
0ar
4dr
z
1a5 (2 2)
r=a
5
4
例7. 计算 f (x, y, z)dxdydz,表为球坐标系中的三 次积分，其中 为x2+y2+(z1)2≤1.
0
y= OPsin = rsin sin
yy
z= r cos
三重积分练习题
三重积分练习题第六讲三重积分、重积分应用习题课教学目的使学生能更清楚进行三重积分计算时．在何种情况下用何种坐标计算，以便灵活的进行三重积分的计算．使学生能方便地运用重积分进行曲面的面积，质心，转动恒量以及引力的计算教学重点通过三重积分计算的强化使学生明确在三重积分计算时如何确定用何种坐标以及各是如何化为三次积分．教学难点柱面坐标与球面坐标所适用情况的区分与判定. 教学时数学时教学过程一、知识回顾1．三重积分的意义及物理模型．在直角坐标，柱面坐标，球面坐标下计算三重积分柱面坐标与球面坐标.柱面坐标，球面坐标分别与直角坐标之关系. 直角坐标化柱面坐标，球面坐标的公式. 何时用何种坐标计算. 3．曲面的面积，物体的质心，转动惯量及引力的计算曲面的面积：关键在找曲面在坐标面的投影，这里问题是往何坐标面上投如何找投影区域物理应用，注意利用密度为常数以及物体所占区域在坐标面上的对称性.二、练习1．将I=zdv?分别表示成直角坐标，柱面坐标和球面坐标下的三次积分，并选择其中一种计算出结果．其中?是由曲面z=2?x?y22及z=x+y所围成的闭区域.22分析为计算该三重积分，我们先把积分区域投影到某坐标平面上，由于是由两张曲面z?2?x?y22及z?x?y，而由这两个方程所组成的方22?z??z??程组极易消去z，我们把它投影到xoy面上．然后，为在指定的坐标系下计算之，还应该先把?的边界曲面用相应的坐标表示，并找出各种坐标系下各个变量的取值范围，最后作代换?z??22222z??解将?投影到xoy平面上，由消去z得 =2-，或=0，于是有 x+y=1．即知，?在xoy平面上的投影为圆域D：22x+y?1 ．222222为此在D内任取一点Q，过Q作平行于z轴的直线自下而上穿过?．穿入时碰22到的曲面为z?x?y，离开时碰到的曲面为z?2?x?y22，这是因为x2+y2?1)22直角坐标系下，我们分直角坐标及柱面坐标，下边找z的变化范围从而化为三重积2222分．因此再由D：x+y?1，有z?x?y?z?2?x?y，于是在直角坐标下，?可表示为?，y?x2?y2?z???:于是有1?x22?x?y22I=?1柱面坐标下?dxdy?1?x2x?y2?zdz2.首先把?的表面方程用柱面坐标表示，这时z=x+y表示为z= ?，z=222?x?y22表示为z=2??表示为22．再由投影区域D为x+y?1．故01，0?θ?2?．于是?可?02?,???01,?22??z?2??.??：?将所给三重积分中的体积元素d?用d?=?d?d?dz去替换，有2?12??2I=球面坐标下zd??=z?d?d?dz?=?d??d????22dz.cos?用球面坐标代换两曲面的方程，得曲面z=xz=2?x?y 2222变为?=sin?；曲面2变为?=2．22由?在xoy平面上的投影为x+y?1知02?，下边找?的变化范围．??22正z轴在?内，即?内有点P，使op与oz夹角为零，即?的下界为零．又曲面z=x+y??与xoy平面相切，故?的上界为2，于是02再找?的变化范围．原点在?的表面上，故?取到最小值为零．为找?的上界，从原点出发作射线穿过?，由于?的表面由两张曲面所组成，因而?22??z?x?y，?22z?2?x?y的上界随相应的的不同而不同．为此在两曲面的交线上取一点A，故A所对应的???4．?cos?2当42时，r的上界由曲面r=sin?所给，故这时r ?cos?sin?2?cot?csc?．即r的变化范围为??2,当0时，??4?r???cot?，当时。
三重积分的计算(2)
o
x
y
小柱体的底： 其面积可取为平面极坐标 系中的面积元素rdrd
小柱体的高： dz， 于是柱坐标系中的体积元素为
dV rdrd dz
f ( x, y , z )dxdydz
V
f (r cos , r sin , z)rdrddz
V
rdrd
2、三重积分在柱坐标下的计算：
例2: 计算由x2 + y2=az (a>0), x2 + y2 =2ax 与z=0 所围成的立体的体积。
x2 + y2=az
z
分析：用二重积分计算 曲顶柱体的体积
y
o
z
x2 + y2 =2ax
V
D xy
x y dxdy a
2 2
x
x2 y2 z a y
用三重积分计算： V
dv
下面求柱面坐标系中的体积元素:
x r cos , y r sin , z z.
dV
求柱坐标系中体积元素dV 的表达式
用柱坐标系中的三组坐标面来分割闭区域V， 取一典型小块 如右图，是由半径为r及r+dr的圆柱面； 与xz平面夹角为及+d的半平面； 两个高为z及z+dz的平面； 所围成的小块 ——小柱体 z
计算曲面 解
( x2 y 2 z 2 )2 az3 ,(a 0) 所求体积V dV
V
所围成的立体的体积
在球面坐标系下曲面的方程为：
π 又由ρ 0,即a cos 0, 知 0 φ 2
3
a cos 则 V： a cos3 ( , , ) V , 0 θ 2π
三重积分的计算方法例题
三重积分的计算方法例题摘要：一、三重积分的概念及应用场景二、三重积分的计算方法1.重积分的计算2.重积分的换元法3.重积分的性质4.重积分的几何意义三、实例解析四、总结与拓展正文：一、三重积分的概念及应用场景三重积分是一种多元函数的积分形式，通常表示为对空间中一个几何体内部的属性进行积分。
它在物理学、工程学、经济学等领域具有广泛的应用。
三重积分的计算方法有多种，包括重积分、换元法等。
二、三重积分的计算方法1.重积分的计算重积分是指对一个空间函数在某个区域内的值进行积分。
求解重积分的过程通常包括以下步骤：确定被积函数、确定积分区域、选择积分顺序、进行积分计算。
2.重积分的换元法重积分的换元法是一种求解重积分的高效方法。
通过引入一个新的变量，将复杂的重积分问题转化为简单的一重积分问题。
换元法的关键在于选择合适的换元函数，使得积分过程变得简洁。
3.重积分的性质重积分具有线性、可交换、满足乘法公式等性质。
这些性质使得重积分在实际计算中具有很好的灵活性，可以简化计算过程。
4.重积分的几何意义重积分在几何上的意义是对一个立体图形的质量进行求解。
具体来说，重积分可以表示为空间曲线长度、曲面面积或体积的函数。
这为求解空间几何问题提供了理论依据。
三、实例解析以一个球体的体积为例，介绍三重积分的计算过程。
设球体的半径为R，球体的密度为ρ。
我们需要求解球体内部某一区域内质量的分布。
1.确定被积函数：球体内部的密度函数，即ρ(x, y, z)。
2.确定积分区域：球体内部，用球坐标系表示为x^2 + y^2 + z^2 <R^2。
3.选择积分顺序：先对z积分，再对y积分，最后对x积分。
4.进行积分计算：利用重积分公式，计算出球体内部的质量分布。
四、总结与拓展本文详细介绍了三重积分的计算方法，包括重积分、换元法等。
通过实际应用场景和实例解析，加深了对三重积分的理解。
在实际问题中，三重积分有着广泛的应用，掌握其计算方法有助于解决诸多实际问题。
三重积分计算(高等数学)
1 r 2
zdz
zdz
Dxy
1
x
I = 0 dθ 0 rdr 0
. .
0
4
1
y
河南理工大学万方科技学院
例2、 计算 I
2 2 2
zdxdydz，其中 是球面
x y z 4与抛物面 x y 3 z
所围的立体.
x cos y sin 解 由 zz ,
4 2
13 zdz . 4
一般地，先对z，后对p，最后对 积分
河南理工大学万方科技学院
二、利用球面坐标计算三重积分
z
设 M ( x, y, z ) 为空间内一点， 则点 M 可用三个有次序的数，
A
x
r
M ( x, y, z )
z
o
P ， 来确定，其中 为原点 O 与 x 点 M 间的距离， 为有向线段 OM 与 z轴正向所夹的 角， 为从正 z 轴往下看自 x 轴按逆时针方向转到有
且 关于zox 面对称,
( xy yz )dv 0 ,
河南理工大学万方科技学院
同理
zx 是关于 x 的奇函数,
且 关于 yoz 面对称,
由区域对称性知
2
xzdv 0,
2
x dv y dv ,
2
则I
( x y z ) dxdydz
x = 0, y = 0, x+2y =1 围成
1 2
y
x =0
y=0
0
Dxy z =0
1 2
1 x 2 y
三重积分的积分性质和计算规则
三重积分的积分性质和计算规则三重积分是数学中的一个重要概念，它在物理、工程、计算机科学等领域被广泛应用。
三重积分的计算需要掌握一些性质和规则，本文将详细介绍三重积分的积分性质和计算规则，以帮助读者更好地掌握这一知识点。
一、三重积分的定义三重积分是指对三维空间内的一个体积区域进行积分运算，其数学表达式为：$$\iiint\limits_{V}f(x,y,z)\mathrm{d}V$$其中，$V$ 表示积分区域，$f(x,y,z)$ 表示被积函数，$\mathrm{d}V$ 表示体积元素。
二、三重积分的积分性质1. 可积性若$f(x,y,z)$在闭合的积分区域 $V$ 上连续，则其在 $V$ 上可积。
2. 线性性设$f(x,y,z)$和$g(x,y,z)$在闭合的积分区域 $V$ 上可积，$k$为常数，则有：$$\iiint\limits_{V}(kf(x,y,z)+g(x,y,z))\mathrm{d}V=k\iiint\limits_ {V}f(x,y,z)\mathrm{d}V+\iiint\limits_{V}g(x,y,z)\mathrm{d}V$$3. 保号性设$f(x,y,z)$在闭合的积分区域 $V$ 上可积，则有：$$\iiint\limits_{V}f(x,y,z)\mathrm{d}V\geq0$$当且仅当 $f(x,y,z)$在 $V$ 上恒为 $0$ 时，等号成立。
4. 区域可加性设积分区域 $V$ 可以分成若干个不相交的子区域$V_1,V_2,\cdots,V_n$，则有：$$\iiint\limits_{V}f(x,y,z)\mathrm{d}V=\sum_{i=1}^{n}\iiint\limi ts_{V_i}f(x,y,z)\mathrm{d}V$$三、三重积分的计算规则1. 直角坐标系下的计算在直角坐标系下，我们可以将积分区域先按照 $x,y,z$ 的顺序分解，将三重积分化为三重定积分，然后按照积分顺序先计算$z$ 再计算 $y$ 最后计算 $x$。
高数讲义第三节三重积分(二)
Dxy : 0 2 , 0 a
x2 y2 z2 z ,
4
o
y
: 0 2 , 0 a, z a, x
Dxy
I ( x2 y2 )dxdydz 02 d 0ad a 2dz
2 0a 3(a )d
a5. 10
解 由锥面和球面围成， 采用球面坐标，
: 0 2 , 0 2, 2 z 4，
例 5 计算 I zdxdydz，其中 是抛物面
z x2 y2及平面 z = 4 所围的立体. z
解
Dxy {(x, y) | x2 y2 4}
{(, ) | 0 2 , 0 1}
z1 x2 y2 2, z2 4,
3
z2 2
4 2
d
2
3
二、利用球面坐标计算三重积分
球面坐标：设 M ( x, y, z) 为空间内一点， 点 M 到原点的距离记为 r ,
有向线段 OM 与 z 轴正向的夹角记为 ，
点 M 在xoy 面上的投影 为P ( x, y)
自x 轴按逆时针方向旋转到有向线段 z
OP 的角度记为
则三元有序数组( r, , )
例 5 计算I zdxdydz，其中 是抛物面.
z x2 y2及平面 z = 4 所围的立体. z
解
由
z
x2
y2 ,
z 4
知曲面与平面的交线为
x2
y2
4,
z4
o
y
x
Dxy {(x, y) | x2 y2 4} {(, ) | 0 2 , 0 2}
z1 x2 y2 2, z2 4,
y
sin
,
z z.
o
• P(, )
三重积分的计算
三重积分的概念三重积分的性质三重积分的计算直角柱面球面回顾：讨论密度分布不均匀的物体的质量：(1) 一根细棒：ab 密度为i ξ=M ()b a x dx ρ=⎰()i ρξi x ∆∑=ni 10lim →λ(2)平面薄片：),(i i ηξ=M (,)i i ρξη∑=n i 10lim →λiσ∆(,)Dx y dxdy ρ=⎰⎰密度为y x D（3）设在空间有限闭区域Ω内分布着某种不均匀的物质,(,,),x y z C ρ∈求分布在Ω内的物质的质量M .密度函数为Ω(,,)k k k ξηζk v ∆(,,)x y z ρ➢分割：12,,,,,i n v v v v ∆∆∆∆把Ω分为➢取近似：(,,)k k k k kM v ρξηζ∆≈∆➢求和：1(,,)n k k k kk M v ρξηζ=≈∆∑➢取极限：01lim (,,)n k k k k k M v λρξηζ→==∆∑设f (x , y , z )是空间有界闭区域Ω上的有界函数,1、将闭区域Ω任意分成n 个小闭区域∆v 1, ∆v 2, ⋅⋅⋅, ∆v n , 其中∆v i 表示第i 个小闭区域, 也表示它的体积,2、在每个∆v i 上任取一点(ξi , ηi , ζi ), 作乘积f (ξi , ηi , ζi )∆v i ，3、求和∑=ni i i i i v f 1),,(∆ζηξ4、如果当各小闭区域的直径中的最大值λ趋近于零时, 该和式的极限存在, 则称此极限为函数f (x , y , z )在闭区域Ω上的三重积分, 并记为d (,,)Ωf x y z v⎰⎰⎰三重积分的定义⚫注：（2）三重积分的物理意义:不均匀物体的质量（1）其中dv 称为体积元素, 其它术语与二重积分相同.（3）同样有: 有界闭区域上的连续函数一定可积.d 01.(,,)lim (,,)ni i i ii f x y z v f v λξηζ→=Ω=∆∑⎰⎰⎰将二重积分定义中的积分区域推广到空间区域,被积函数推广到三元函数, 就得到三重积分的定义.三重积分的概念三重积分的性质三重积分的计算直角柱面球面➢线性性质[]d d d (,,)(,,)(,,)(,,)f x y z g x y z v f x y z v g x y z v αβαβΩΩΩ+=+⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰➢可加性d d d 12(,,)(,,)(,,)f x y z v f x y z v f x y z v ΩΩΩ=+⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰➢几何意义d v V Ω=⎰⎰⎰V 为Ω的体积➢不等式(,,)f g x y z ≤∈Ωd d (,,)(,,)f x y z v g x y z vΩΩ≤⎰⎰⎰⎰⎰⎰d d (,,)(,,)f x y z v f x y z vΩΩ≤⎰⎰⎰⎰⎰⎰(),Df x y d σ=⎰⎰曲顶柱体的体积➢估值定理(,,)m f M x y z ≤≤∈Ωd (,,)mV f x y z v MVΩ≤≤⎰⎰⎰➢中值定理(,,)f x y z 在Ω上连续,则存在(,,),ξηζ∈Ω使得d (,,)(,,)f x y z v f V ξηζΩ=⎰⎰⎰三重积分的概念三重积分的性质三重积分的计算直角柱面球面在直角坐标系中, 如果我们用三族(平行于坐标面的)平面x = 常数, y = 常数, z = 常数, 对空间区域进行分割那末每个规则小区域都是长方体. 其体积元素为:dv =dxdydz三重积分可写成:三重积分在直角坐标系中的计算法与二重积分类似, 三重积分可化成三次积分进行计算.具体可分为先单后重和先重后单两种类型.d (,,)f x y z v Ω=⎰⎰⎰(),,f x y z dxdydzΩ⎰⎰⎰（一）先单后重（先一后二）法假设：1(,,)f x y z Ω在有界闭区域上连续；2º过Ω内任一点M 且平行于某坐标轴的直线与Ω的边界曲面S 至多有两个交点.以下以z 轴的情形为例.),(2y x zz =),(1y x z z =),(2y x z z =),(1y x z z =xyzoΩD xy 1z 2z 2S 1S ),(1y x z z =),(2y x z z =ab),(y x ),,(:),,(:2211y x z z S y x z z S ==(,),xy x y D ∈过点作直线穿出．穿入，从从21z z Ω在xOy 面上的投影区域为D xy ,以D xy 的边界为准线作母线平行z 轴的柱面.这柱面与Ω的边界曲面S相交，并将S 分成上、下两部分:则Ω可以表示为12{(,,)(,)(,),(,)}.xy x y z z x y z z x y x y D Ω=≤≤∈()()12,(,,),,,x y f x y z z z x y z x y z ⎡⎤⎣⎦先将看作定值，将只看作的函数，在区间上对积分21(,)(,)(,,)(,)[(,,)].xyxyD z x y z x y D f x y z dv F x y d f x y z dz d σσΩ==⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰从而原三重积分可表示为21(,)(,)(,,)xyz x y z x y D d f x y z dzσ=⎰⎰⎰这就化为一个定积分和一个二重积分的运算21(,)(,)(,,)z x y z x y f x y z dz⎰(,)xy F x y D 再计算在闭区间上的二重积分(,)F x y ==⎰⎰⎰Ωdvz y x f ),,(12:()(),,xy D y x y y x a x b ≤≤≤≤若得2()y y x =abD1()y y x =Dba2()y y x =1()y y x =先对z ,再对y ,最后对x 的三次积分dx ⎰dy ⎰(),,.f x y z dz ⎰()1,z x y ()2,z x y ()1y x ()2y x ab注：若将积分域Ω投影到yOz 或xOz 面上，则可把三重积分化为按其它顺序的三次积分.x y zyoz →→Ω积分次序为将投影到面21(,)(,)(,,)(,,)yzx y z x y z D f x y z dv d f x y z dxσΩ=⎰⎰⎰⎰⎰⎰21(,)(,)(,,)(,,)xzy x z y x z D f x y z dv d f x y z dyσΩ=⎰⎰⎰⎰⎰⎰y x z xoz →→Ω积分次序为将投影到面Ω：平面x =0, y = 0, z = 0，x+2y+ z =1所围成的区域x = 0, y = 0, x+2y =1 围成例1.计算三重积分x + 2y + z =1yx121()112y x =−D xyzy x x I d d d ⎰⎰⎰Ω=1、画出（观察）积分区域2、确定积分次序先z 再y 后x,4、将Ω向xoy 平面做投影得区域xyD 3、确定z 的积分上下限分析：1xyz121解:d d d x x y zΩ⎰⎰⎰121(1)00d (12)d x x x x y y−=−−⎰⎰120d x y z−−⎰12301(2)d 4x x x x =−+⎰148=练习：将积分次序改为：先y 再z 后x将积分次序改为：先x 再z 后y1xyz121x + 2y + z =1()012101201z x yy x x ≤≤−−⎧⎪⎪Ω≤≤−⎨⎪≤≤⎪⎩：例2 化三重积分 ⎰⎰⎰Ω=dxdydz z y x f I ),,(为三次积分，其中 积分区域 Ω为由曲面22y x z +=,2x y =,1=y , 0=z 所围成的空间闭区域.2y x=1y =oxy-11xyD 11、画出（观察）积分区域分析：2、确定积分次序先z 再y 后x,3、确定z 的积分上下限4、将Ω向xoy 平面做投影得区域xyD ⎰⎰⎰−+=1101222),,(yx x dz z y x f dy dx I .例3 化三重积分 ⎰⎰⎰Ω=dxdydz z y x f I ),,(为三次积分，其中积分区域Ω为由曲面 222y x z +=及22x z −=所围成的闭区域.1、画出（观察）积分区域分析：2、确定积分次序先z , 再y 后x ,3、确定z 的积分上下限222z x=−下曲面21((0,0)2(0,0)0)z z =>=2212z x y=+上曲面=22222(,,)xyxx yD I d f x y z dz σ−+∴⎰⎰⎰xyD Oxy–1122222112112(,,).x x xx ydx dy f x y z dz −−−−−+=⎰⎰⎰22222x y z x⎧⎪Ω⎨⎪+≤≤−⎩：2211x y x −−≤≤−11x −≤≤由⎩⎨⎧−=+=22222xz y x z ,221,x y +≤:xyz xoy D Ω消去得在面上的投影区域4、将Ω向xoy 平面做投影得区域xyD 解：xy xoy D xoy Ω思考：在面上的投影区域是一个圆域，那么在平面进行的二重积分，可不可以利用极坐标系计算？需要注意些什么？2222,4x z dv y x z y Ω+Ω=+=⎰⎰⎰例4计算其中是由曲面与平面所围成xyzo2z y x =−2z y x =−−分析：1、画出（观察）积分区域2、确定积分次序先z 再y 后x,4、将Ω向xoy 平面做投影得区域xyD 3、确定z 的积分上下限yxo4y =2y x ==222222xyy x y x D x z dv d x z dzσ−−−Ω++⎰⎰⎰⎰⎰⎰-=22224222y x xy xdx dy x z dz−−−+⎰⎰⎰分析：1、画出（观察）积分区域2、确定积分次序先y 再z 后x,4、将Ω向xoz 平面做投影得区域xzD 3、确定y 的积分上下限=2242222xzx z D x z dv d x z dyσ+Ω++⎰⎰⎰⎰⎰⎰22224,4x z dv y x z y Ω+Ω=+=⎰⎰⎰例计算其中是由曲面与平面所围成xyzΩ22y x z =+4y =xz2−2224x z +==2222422xzx zD x z dvd x z dyσΩ+++⎰⎰⎰⎰⎰⎰()=22222244x y xzx z d σ+≤−−+⎰⎰xz2−2224x z +=2r =()()=222224041282415d rr rdrr r dr πθππ−⋅=−=⎰⎰⎰解：1、确定了积分次序后，内层积分上下限至多包含两个变量，中层积分上下限至多包含一个变量，外层积分上下限必须是常数2、对于先单后重的次序，重积分部分可以根据积分区域的特点采用极坐标系计算（1）把积分区域Ω向某轴（例如 z 轴）投影，得投影区间],[21c c ；(3) 计算二重积分⎰⎰zD dxdy z y x f ),,(其结果为z 的函数)(z F ；(4)最后计算单积分⎰21)(c c dz z F 即得三重积分值.z（二）先重后单（先二后一）法先重后单, 就是先求关于某两个变量的二重积分再求关于另一个变量的定积分122,zz c c z xoy D ∈Ω⎡⎤⎣⎦（）对用过轴且平行平面的平面去截，得截面21()zc cD g z dzdxdy=⎰⎰⎰V d z y x f ⎰⎰⎰Ω),,(即,若f (x, y, z )= g (z )21(,,).zc c D dz f x y z dxdy =⎰⎰⎰易见, 若内层的二重积分容易计算时,这个方法更显出优越性。
三重积分的体积计算问题
三重积分的体积计算问题三重积分是高等数学中的一个重要概念，它是对三维空间内的某一物理量进行计算的方法之一。
而在实际应用中，三重积分的体积计算问题也经常被人们所关注。
在本文中，我将探讨三重积分的体积计算问题，并结合一些具体例子，阐述三重积分在实际计算中的应用。
一、三重积分的定义在了解三重积分的体积计算问题之前，先让我们回顾一下三重积分的基本定义。
三重积分是对三维空间内某一物理量进行计算的一种方法。
它的定义可以表示为：$$\iiint\limits_D f(x,y,z) \mathrm{d}V$$其中，$D$ 表示积分区域，$f(x,y,z)$ 表示要计算的物理量，$\mathrm{d}V$ 表示体积微元。
在三重积分中，积分区域 $D$ 可以是任何形状的三维空间区域，如长方体、球体、圆柱体、锥形等等。
二、三重积分的体积计算方法在三重积分中，如果要计算一个区域 $D$ 所包含的体积，可以使用以下公式：$$V=\iiint\limits_D \mathrm{d}V$$这个公式的意思就是对积分区域 $D$ 中的所有体积微元$\mathrm{d}V$ 进行累加，从而得到整个区域 $D$ 的体积。
当积分区域 $D$ 为长方体时，我们可以使用以下公式来计算体积：$$V=\int_a^b \int_c^d \int_p^q\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z$$其中 $a、b、c、d、p、q$ 分别为长方体的六个面的坐标值。
当积分区域 $D$ 为球体时，我们可以使用以下公式来计算体积：$$V=\iiint\limits_D \mathrm{d}V=\int_0^{2\pi}\int_0^\pi \int_0^rr^2 \sin\theta\mathrm{d}\theta\mathrm{d}\phi\mathrm{d}r$$其中，$\theta$ 和$\phi$ 分别为球面坐标系中的极角和方位角，$r$ 为球体的半径。