Processing math: 63%
Skip to main content
Library homepage
 
Global

15.4: Integrals Triple

  • Edwin “Jed” Herman & Gilbert Strang
  • OpenStax

Malengo ya kujifunza
  • Kutambua wakati kazi ya vigezo tatu ni integrable juu ya sanduku mstatili.
  • Tathmini muhimu mara tatu kwa kuelezea kama muhimu iterated.
  • Kutambua wakati kazi ya vigezo tatu ni integrable juu ya kanda imefungwa na imepakana.
  • Kurahisisha hesabu kwa kubadilisha utaratibu wa ushirikiano wa tatu muhimu.
  • Tumia thamani ya wastani ya kazi ya vigezo vitatu.

Hapo awali, tulijadili muhimu mara mbili ya kazif(x,y) ya vigezo viwili juu ya mkoa wa mstatili katika ndege. Katika sehemu hii sisi kufafanua muhimu mara tatu ya kazif(x,y,z) ya vigezo tatu juu ya mstatili sanduku imara katika nafasi,R3. Baadaye katika sehemu hii tunapanua ufafanuzi kwa mikoa zaidi ya jumlaR3.

Kazi Integrable ya Vigezo Tatu

Tunaweza kufafanua sanduku mstatiliB katikaR3 kama

B={(x,y,z)|axb,cyd,ezf}.

Tunafuata utaratibu sawa na kile tulichofanya hapo awali. Tunagawanya muda[a,b] katikal sehemu ndogo[xi1,xi] za urefu sawaΔx na

Δx=xixi1l,

kugawanya muda[c,d] katikam sehemu ndogo[yi1,yi] za urefu sawaΔy na

Δy=yjyj1m,

na ugawanye muda[e,f] katikan sehemu ndogo[zi1,zi] za urefu sawaΔz na

Δz=zkzk1n

Kisha sanduku la mstatiliB linagawanywa katikalmn vifungu vidogo:

Bijk=[xi1,xi]×[yi1,yi]×[zi1,zi],

kama inavyoonekana katika Kielelezo15.4.1.

Katika x y z nafasi, kuna sanduku B na sanduku ndogo Bijk na pande za urefu Delta x, Delta y, na Delta z.
Kielelezo15.4.1: sanduku mstatiliR3 imegawanywa katika subboxes na ndege sambamba na ndege kuratibu.

Kwa kilai,j, nak, fikiria hatua ya sampuli(xijk,yijk,zijk) katika kila sanduku ndogoBijk. Tunaona kwamba kiasi chake niΔV=ΔxΔyΔz. Fomu tatu Riemann jumla

li=1mj=1nk=1f(xijk,yijk,zijk)ΔxΔyΔz.

Sisi kufafanua muhimu mara tatu katika suala la kikomo cha mara tatu Riemann jumla, kama tulivyofanya kwa muhimu mara mbili katika suala la mara mbili Riemann jumla.

Ufafanuzi: muhimu mara tatu

Muhimu wa tatu wa kazif(x,y,z) juu ya sanduku la mstatiliB hufafanuliwa kama

liml,m,nli=1mj=1nk=1f(xijk,yijk,zijk)ΔxΔyΔz=Bf(x,y,z)dVkama kikomo hii ipo.

Wakati muhimu mara tatu ipoB kwenye kazif(x,y,z) inasemekana kuwa integrable juu yaB. Pia, muhimu mara tatu ipo ikiwaf(x,y,z) inaendeleaB. Kwa hiyo, tutatumia kazi zinazoendelea kwa mifano yetu. Hata hivyo, mwendelezo ni wa kutosha lakini si lazima; kwa maneno mengine,f imepakanaB na kuendelea isipokuwa pengine kwenye mipaka yaB. Hatua ya sampuli(xijk,yijk,zijk) inaweza kuwa hatua yoyote katika sanduku ndogo ya mstatiliBijk na mali zote za muhimu mbili zinatumika kwa sehemu tatu. Kama vile muhimu mara mbili ina maombi mengi ya vitendo, muhimu mara tatu pia ina maombi mengi, ambayo sisi kujadili katika sehemu ya baadaye.

Sasa kwa kuwa tumeanzisha dhana ya tatu muhimu, tunahitaji kujua jinsi ya kuihesabu. Kama vile katika kesi ya muhimu mara mbili, tunaweza kuwa na iterated mara tatu muhimu, na hivyo, toleo la theorem Fubini kwa integrals mara tatu ipo.

Theorem ya Fubini kwa Integrals Triple

Ikiwaf(x,y,z) ni kuendelea kwenye sanduku la mstatiliB=[a,b]×[c,d]×[e,f], basi

Bf(x,y,z)dV=fedcbaf(x,y,z)dxdydz.

Hii muhimu pia ni sawa na yoyote ya nyingine tano orderings inawezekana kwa iterated mara tatu muhimu.

Kwaa,b,c,d,e na idadif halisi, iterated tatu muhimu inaweza walionyesha katika amri sita tofauti:

fedcbaf(x,y,z)dxdydz=fe(dc(baf(x,y,z)dx)dy)dz=dc(fe(baf(x,y,z)dx)dz)dy=ba(fe(dcf(x,y,z)dy)dz)dx=fe(ba(dcf(x,y,z)dy)dx)dz=dc(ba(dcf(x,y,z)dz)dx)dy=ba(dc(fef(x,y,z)dz)dy)dx

Kwa sanduku la mstatili, utaratibu wa ushirikiano haufanyi tofauti yoyote muhimu katika kiwango cha ugumu katika hesabu. Sisi kukokotoa integrals mara tatu kwa kutumia Theorem Fubini badala ya kutumia Riemann jumla ufafanuzi. Tunafuata utaratibu wa ushirikiano kwa njia sawa na tulivyofanya kwa integrals mbili (yaani, kutoka ndani na nje).

Mfano15.4.1: Evaluating a Triple Integral

Tathmini muhimu mara tatuz=1z=0y=4y=2x=5x=1(x+yz2)dxdydz.

Suluhisho

Utaratibu wa ushirikiano umeelezwa katika tatizo, hivyo kuunganisha kwa heshima yax kwanza, kisha y, na kishaz.

z=1z=0y=4y=2x=5x=1(x+yz2)dxdydz=z=1z=0y=4y=2[x22+xyz2|x=5x=1]dydzIntegrate with respect to x.=z=1z=0y=4y=2[12+6yz2]dydzEvaluate.=z=1z=0[12y+6y22z2|y=4y=2]dzIntegrate with respect to y.=z=1z=0[24+36z2]dzEvaluate.=[24z+36z33]z=1z=0Integrate with respect to z.=36.Evaluate.

Mfano15.4.2: Evaluating a Triple Integral

Tathmini muhimu mara tatu

Bx2yzdV

ambapoB={(x,y,z)|2x1,0y3,1z5} kama inavyoonekana katika Kielelezo15.4.2.

Katika x y z nafasi, kuna sanduku iliyotolewa na pembe (1, 0, 5), (1, 0, 1), (1, 3, 5), (1, 3, 5), (hasi 2, 0, 5), (hasi 2, 0, 1), (hasi 2, 3, 1), na (hasi 2, 3, 5).
Kielelezo15.4.2: Kutathmini muhimu mara tatu juu ya sanduku lililopewa mstatili.

Suluhisho

Utaratibu haujainishwa, lakini tunaweza kutumia muhimu ya iterated kwa utaratibu wowote bila kubadilisha kiwango cha ugumu. Chagua, sema, kuunganishay kwanza, kishax, na kishaz.

Bx2yzdV=511230[x2yz]dydxdz=5112[x2y33z|30]dxdz=5112y2x2zdxdz=51[92x33z|12]dz=51272zdz=272z22|51=162.

Sasa jaribu kuunganisha kwa utaratibu tofauti tu kuona kwamba tunapata jibu sawa. Chagua kuunganisha kwa heshima yax kwanza, basiz, basiy

Bx2yzdV=305112[x2yz]dxdzdy=3051[x33yz|12]dzdy=30513yzdzdy=30[3yz22|51]dy=3036ydy=36y22|30=18(90)=162.

Zoezi15.4.1

Tathmini muhimu mara tatu

BzsinxcosydV

wapiB={(x,y,z)|0xπ,3π2y2π,1z3}.

Kidokezo

Fuata hatua katika mfano uliopita.

Jibu

BzsinxcosydV=8

Ushirikiano wa Triple juu ya Mkoa Mkuu Umepakana

Sisi sasa kupanua ufafanuzi wa muhimu mara tatu kukokotoa muhimu mara tatu juu ya zaidi ya jumla imepakana mkoaE katikaR3. Mikoa ya jumla iliyofungwa tutazingatia ni ya aina tatu. Kwanza, hebuD kuwa kanda iliyopakana ambayo ni makadirio yaE kwenyexy -ndege. Tuseme kandaE katikaR3 ina fomu

E={(x,y,z)|(x,y)D,u1(x,y)zu2(x,y)}.

Kwa kazi mbiliz=u1(x,y) nau2(x,y), kama kwambau1(x,y)u2(x,y) kwa wote(x,y) katikaD kama inavyoonekana katika takwimu zifuatazo.

Katika x y z nafasi, kuna sura E na uso wa juu z = u2 (x, y) na uso wa chini z = u1 (x, y). Miradi ya chini kwenye ndege ya x y kama kanda D.
Kielelezo15.4.3: Tunaweza kuelezea kandaE kama nafasi katiu1(x,y) nau2(x,y) juu ya makadirioD yaE kwenyexy -ndege.
Triple Integral juu ya Mkoa Mkuu

Sehemu tatu ya kazi inayoendeleaf(x,y,z) juu ya mkoa wa jumla wa tatu-dimensional

E={(x,y,z)|(x,y)D,u1(x,y)zu2(x,y)}

katikaR3, ambapoD ni makadirio yaE kwenyexy ndege, ni

Ef(x,y,z)dV=D[u2(x,y)u1(x,y)f(x,y,z)dz]dA.

Vile vile, tunaweza kufikiria jumlaD imepakana mkoa katikaxy -ndege na kazi mbiliy=u1(x,z) nay=u2(x,z) vile kwambau1(x,z)u2(x,z) kwa wote(x,z) katikaD. Basi tunaweza kuelezea kanda imaraE katikaR3 kama

E={(x,y,z)|(x,z)D,u1(x,z)zu2(x,z)}ambapoD ni makadirio yaE kwenyexy ndege na muhimu mara tatu ni

Ef(x,y,z)dV=D[u2(x,z)u1(x,z)f(x,y,z)dy]dA.

Hatimaye, ikiwaD ni mkoa wa jumla umepakana katikaxy -ndege na tuna kazi mbilix=u1(y,z) nax=u2(y,z) vile kwambau1(y,z)u2(y,z) kwa wote(y,z) katikaD, basi kanda imaraE katikaR3 inaweza kuelezewa kama

E={(x,y,z)|(y,z)D,u1(y,z)zu2(y,z)}ambapoD ni makadirio yaE kwenyexy ndege na muhimu mara tatu ni

Ef(x,y,z)dV=D[u2(y,z)u1(y,z)f(x,y,z)dx]dA.

Kumbuka kuwa eneoD katika ndege yoyote inaweza kuwa ya Aina I au Aina II kama ilivyoelezwa hapo awali. IkiwaD katikaxy ndege ya aina ya I (Kielelezo15.4.4), basi

E={(x,y,z)|axb,g1(x)yg2(x),u1(x,y)zu2(x,y)}.

Katika x y z nafasi, kuna sura tata E na uso wa juu z = u2 (x, y) na uso wa chini z = u1 (x, y). Miradi ya chini kwenye ndege ya xy kama kanda D na mipaka x = a, x = b, y = g1 (x), na y = g2 (x).
Kielelezo15.4.4: sandukuE ambapo makadirioD katikaxy -ndege ni ya Aina I.

Kisha muhimu mara tatu inakuwa

Ef(x,y,z)dV=bag2(x)g1(x)u2(x,y)u1(x,y)f(x,y,z)dzdydx.

IkiwaD katikaxy ndege ya aina ya II (Kielelezo15.4.5), basi

E={(x,y,z)|cxd,h1(x)yh2(x),u1(x,y)zu2(x,y)}.

Katika x y z nafasi, kuna sura tata E na uso wa juu z = u2 (x, y) na uso wa chini z = u1 (x, y). Miradi ya chini kwenye ndege ya xy kama kanda D na mipaka y = c, y = d, x = h1 (y), na x = h2 (y).
Kielelezo15.4.5: sandukuE ambapo makadirioD katikaxy -ndege ni ya Aina II.

Kisha muhimu mara tatu inakuwa

Ef(x,y,z)dV=y=dy=cx=h2(y)x=h1(y)z=u2(x,y)z=u1(x,y)f(x,y,z)dzdxdy.

Mfano15.4.3A: Evaluating a Triple Integral over a General Bounded Region

Tathmini muhimu mara tatu ya kazif(x,y,z)=5x3y juu ya tetrahedron imara imepakana na ndegex=0,y=0,z=0, nax+y+z=1.

Suluhisho

Kielelezo15.4.6 kinaonyesha tetrahedron imaraE na makadirio yakeD juu yaxy -ndege.

Katika x y z nafasi, kuna E imara na mipaka kuwa x y, z y, na x z ndege na z = 1 minus x minus y. pointi ni asili, (1, 0, 0), (0, 0, 1), na (0, 1, 0). Uso wake juu ya ndege ya x y unaonyeshwa kama mstatili uliowekwa alama D na mstari y = 1 bala x Zaidi ya hayo, kuna mstari wa wima unaoonyeshwa kwenye D.
Kielelezo15.4.6: ImaraE ina makadirioD juu yaxy -ndege ya Aina I.

Tunaweza kuelezea tetrahedron imara kanda kama

E={(x,y,z)|0x1,0y1x,0z1xy}.

Hivyo, muhimu mara tatu ni

Ef(x,y,z)dV=x=1x=0y=1xy=0z=1xyz=0(5x3y)dzdydx.

Ili kurahisisha hesabu, kwanza tathmini muhimuz=1xyz=0(5x3y)dz. Tuna

z=1xyz=0(5x3y)dz=(5x3y)z|z=1xyz=0=(5x3y)(1xy).

Sasa tathmini muhimu

y=1xy=0(5x3y)(1xy)dy,

kupata

y=1xy=0(5x3y)(1xy)dy=12(x1)2(6x1).

Hatimaye kutathmini

x=1x=012(x1)2(6x1)dx=112.

Kuweka yote pamoja, tuna

Ef(x,y,z)dV=x=1x=0y=1xy=0z=1xyz=0(5x3y)dzdydx=112.

Kama vile tulivyotumia muhimu mara mbiliD1dA ili kupata eneo la eneo la jumlaD lililopakana tunaweza kutumia\iiint_E 1\,dV \nonumber ili kupata kiasi cha eneo la jumla lenye imaraE. Mfano unaofuata unaonyesha njia.

Mfano\PageIndex{3B}: Finding a Volume by Evaluating a Triple Integral

Kupata kiasi cha piramidi haki ambayo ina msingi mraba katikaxy -plane[-1,1] \times [-1,1] na kipeo katika hatua(0, 0, 1) kama inavyoonekana katika takwimu zifuatazo.

Katika x y z nafasi, kuna piramidi yenye msingi wa mraba unaozingatia asili. Kilele cha piramidi ni (0, 0, 1).
Kielelezo\PageIndex{7}: Kupata kiasi cha piramidi na msingi wa mraba.

Suluhisho

Katika piramidi hii thamani yaz mabadiliko kutoka 0 hadi 1 na kwa kila urefu sehemuz ya msalaba wa piramidi kwa thamani yoyote yaz ni mraba

[-1 + z, \, 1 - z] \times [-1 + z, \, 1 - z].\nonumber

Hivyo, kiasi cha piramidi ni\iiint_E 1\,dV\nonumber wapi

E = \big\{(x,y,z)\,|\,0 \leq z \leq 1, \, -1 + z \leq y \leq 1 - z, \, -1 + z \leq x \leq 1 - z \big\}.\nonumber

Hivyo, tuna

\ [kuanza {align*}\ IIINT_E 1\, dV &=\ int_ {z=0} ^ {z=1}\ int_ {y=-1+z} ^ {y=1-z}\ int_ {x=-1+z} ^ {x=1-z} 1\, dx\, dz\\ [5pt]
&=\ int_ {x=1-z} 1\, dx\, dz\\ [5pt] &=\ int_ z=0} ^ {z=1}\ int_ {y=-1+z} ^ {y=1-z} (2 - 2z)\, dy\\ [5pt]
&=\ int_ {z=0} ^ {z=1} (2 - 2z) ^2\, dz =\ dfrac {4} {3}. \ mwisho {align*}\]

Hivyo, kiasi cha piramidi ni vitengo vya\dfrac{4}{3} ujazo.

Zoezi\PageIndex{3}

Fikiria nyanja imaraE = \big\{(x,y,z)\,|\,x^2 + y^2 + z^2 = 9 \big\}. Andika muhimu mara tatu\iiint_E f(x,y,z) \,dV\nonumber kwa ajili ya kazi ya kiholelaf kama muhimu iterated. Kisha tathmini hii muhimu mara tatu naf(x,y,z) = 1. Kumbuka kwamba hii inatoa kiasi cha nyanja kwa kutumia muhimu mara tatu.

Kidokezo

Fuata hatua katika mfano uliopita. Tumia ulinganifu.

Jibu

\begin{align*} \iiint_E 1\,dV = 8 \int_{x=-3}^{x=3} \int_{y=-\sqrt{9-z^2}}^{y=\sqrt{9-z^2}}\int_{z=-\sqrt{9-x^2-y^2}}^{z=\sqrt{9-x^2-y^2}} 1\,dz \, dy \, dx \\ = 36 \pi \,\text{cubic units}. \end{align*}

Kubadilisha Utaratibu wa Ushirikiano

Kama tumeona tayari katika integrals mara mbili juu ya mikoa ya jumla imepakana, kubadilisha utaratibu wa ushirikiano ni kufanyika mara nyingi kabisa ili kurahisisha hesabu. Kwa sehemu tatu juu ya sanduku la mstatili, utaratibu wa ushirikiano haubadili kiwango cha ugumu wa hesabu. Hata hivyo, pamoja na muhimu mara tatu juu ya eneo la jumla lililopakana, kuchagua utaratibu sahihi wa ushirikiano unaweza kurahisisha hesabu kidogo kabisa. Wakati mwingine kufanya mabadiliko kwa kuratibu polar pia inaweza kusaidia sana. Tunaonyesha mifano miwili hapa.

Mfano\PageIndex{4}: Changing the Order of Integration

Fikiria muhimu iterated

\int_{x=0}^{x=1} \int_{y=0}^{y=x^2} \int_{z=0}^{z=y} f(x,y,z)\,dz \, dy \, dx. \nonumber

Utaratibu wa ushirikiano hapa ni wa kwanza kwa heshima ya z, kisha y, na kisha x. Eleza jambo hili muhimu kwa kubadilisha utaratibu wa ushirikiano kuwa wa kwanza kwa heshimax, basiz, na kishay. Thibitisha kwamba thamani ya muhimu ni sawa kama sisi basif (x,y,z) =xyz.

Suluhisho

Njia bora ya kufanya hivyo ni kuchora kandaE na makadirio yake kwenye kila ndege tatu za kuratibu. Hivyo, basi

E = \big\{(x,y,z)\,|\,0 \leq x \leq 1, \, 0 \leq y \leq x^2, \, 0 \leq z \leq y \big\}.\nonumber

na

\int_{x=0}^{x=1} \int_{y=0}^{y=x^2} \int_{z=0}^{z=x^2} f(x,y,z) \,dz \, dy \, dx = \iiint_E f(x,y,z)\,dV.\nonumber

Tunahitaji kueleza hii muhimu mara tatu kama

\int_{y=c}^{y=d} \int_{z=v_1(y)}^{z=v_2(y)} \int_{x=u_1(y,z)}^{x=u_2(y,z)} f(x,y,z)\,dx \, dz \, dy.\nonumber

Kujua kandaE tunaweza kuteka makadirio yafuatayo (Kielelezo\PageIndex{8}):

juu yaxy -ndege niD_1 = \big\{(x,y)\,|\, 0 \leq x \leq 1, \, 0 \leq y \leq x^2 \big\} = \{ (x,y) \,|\, 0 \leq y \leq 1, \, \sqrt{y} \leq x \leq 1 \big\},

juu yayz -ndege niD_2 = \big\{(y,z) \,|\, 0 \leq y \leq 1, \, 0 \leq z \leq y^2 \big\}, na

juu yaxz -ndege niD_3 = \big\{(x,z) \,|\, 0 \leq x \leq 1, \, 0 \leq z \leq x^2 \big\}.

Matoleo matatu sawa ya grafu ifuatayo yanaonyeshwa: Katika ndege ya x y, kanda D1 imefungwa na mhimili x, mstari x = 1, na curve y = x mraba. Katika toleo la pili, kanda D2 kwenye ndege ya z y inavyoonyeshwa kwa equation z = y squared. Na katika toleo la tatu, kanda D3 kwenye ndege ya x z inavyoonyeshwa kwa equation z = x squared.
Kielelezo\PageIndex{8}. Sehemu tatu za msalaba waE ndege tatu za kuratibu.

Sasa tunaweza kuelezea kanda mojaE kama\big\{(x,y,z) \,|\, 0 \leq y \leq 1, \, 0 \leq z \leq y^2, \, \sqrt{y} \leq x \leq 1 \big\}, na hivyo, muhimu mara tatu inakuwa

\int_{y=c}^{y=d} \int_{z=v_1(y)}^{z=v_2(y)} \int_{x=u_1(y,z)}^{x=u_2(y,z)} f(x,y,z)\,dx \, dz \, dy = \int_{y=0}^{y=1} \int_{z=0}^{z=x^2} \int_{x=\sqrt{y}}^{x=1} f(x,y,z)\,dx \, dz \, dy \nonumber

Sasa kudhani kwambaf (x,y,z) = xyz katika kila moja ya integrals. Kisha tuna

\ [kuanza {align*}\ int_ {x=0} ^ {x=1}\ int_ {y=0} ^ {y=x^2}\ int_ {z=0} ^ {z=y ^2} xyz\, dz\, dx\, dx &=\ int_ {x=0} ^ {x=1}\ int_ {y=0}\ int_ {y=0} ^ {x = 1}\ int_ {y=0} =x^2}\ kushoto. \ kushoto [xy\ dfrac {z ^ 2} {2}\ haki|_ {z=0} ^ {z=y ^ 2}\ haki]\, dy\\, dx\\ [5pt]
&=\ int_ {x=0} ^ {x = 1}\ int_ {y=0} ^ {y=x ^ 2}\ kushoto (x\ dfrac {y ^ 5}} {2}\ kulia) dy\, dx\\ [5pt]
&=\ int_ {x=0} ^ {x=1}\ kushoto. \ kushoto [x\ dfrac {y ^ 6} {12}\ haki|_ {y=0} ^ {y=x^2}\ haki] dx\\ [5pt]
&=\ int_ {x=0} ^ {x=1}\ dfrac {x^ {13}} {12} dx =\ kushoto. \ dfrac {x^ {14}} {168}\ haki|_ {x=0} ^ {x=1}\\ [5pt]
&=\ dfrac {1} {168},\ mwisho {align*}\]

\ [kuanza {align*}\ int_ {y=0} ^ {y=1}\ int_ {z = 0} ^ {z=y ^2}\ int_ {x=\ sqrt {y}} ^ {x=1} xyz\, dx\, dz\, dy &=\ int_ {y=0} ^ {y=1}\ int_ {z=0} ^ {z=y ^ 2}\ kushoto. \ kushoto [yz\ dfrac {x^2} {2}\ haki|_ {\ sqrt {y}} ^ {1}\ haki] dz\, dy\\ [5pt]
&=\ int_ {y=0} ^ {y=1}\ int_ {z=0} ^ {z=y ^ 2}\ kushoto (\ dfrac} {yz} 2} - {2}\ dfrac {y ^ 2z} {2}\ haki) dz\, dy\\ [5pt]
&=\ int_ {y=0} ^ {y=1}\ kushoto. \ kushoto [\ dfrac {yz ^ 2} {4} -\ dfrac {y ^ 2z ^ 2} {4}\ haki|_ {z=0} ^ {z=y ^ 2}\ haki] dy\\ [5pt]
&=\ int_ {y=0} ^ {y=1}\ kushoto (\ dfrac {y ^ 5} {4} -\ dfrac c {y ^ 6} {4}\ kulia) dy\\ [5pt]
&=\ kushoto. \ kushoto (\ dfrac {y ^ 6} {24} -\ dfrac {y ^ 7} {28}\ haki)\ haki|_ {y=0} ^ {y=1}\\ [5pt]
&=\ dfrac {1} {168}. \ mwisho {align*}\ nonumber\]

majibu mechi.

Zoezi\PageIndex{4}

Andika tano integrals tofauti iterated sawa na muhimu kutokana

\int_{z=0}^{z=4} \int_{y=0}^{y=4-z} \int_{x=0}^{x=\sqrt{y}} f(x,y,z) \, dx \, dy \, dz.\nonumber

Kidokezo

Fuata hatua katika mfano uliopita, kwa kutumia kandaE kama \big\{(x,y,z) \,|\, 0 \leq z \leq 4, \, 0 \leq y \leq 4 - z, \, 0 \leq x \leq \sqrt{y} \big\}, na kuelezea na mchoro makadirio kwenye kila ndege tatu, mara tano tofauti.

Jibu

(i) \, \int_{z=0}^{z=4} \int_{x=0}^{x=\sqrt{4-z}} \int_{y=x^2}^{y=4-z} f(x,y,z) \, dy \, dx \, dz, \, (ii) \, \int_{y=0}^{y=4} \int_{z=0}^{z=4-y} \int_{x=0}^{x=\sqrt{y}} f(x,y,z) \,dx \, dz \, dy, \,(iii) \, \int_{y=0}^{y=4} \int_{x=0}^{x=\sqrt{y}} \int_{z=0}^{Z=4-y} f(x,y,z) \,dz \, dx \, dy, \, \nonumber

(iv) \, \int_{x=0}^{x=2} \int_{y=x^2}^{y=4} \int_{z=0}^{z=4-y} f(x,y,z) \,dz \, dy \, dx, \, (v) \int_{x=0}^{x=2} \int_{z=0}^{z=4-x^2} \int_{y=x^2}^{y=4-z} f(x,y,z) \,dy \, dz \, dx \nonumber

Mfano\PageIndex{5}: Changing Integration Order and Coordinate Systems

Tathmini muhimu mara tatu

\iiint_{E} \sqrt{x^2 + z^2} \,dV, \nonumber

Ewapi eneo lililopakana na paraboloidy = x^2 + z^2 (Kielelezo\PageIndex{9}) na ndegey = 4.

Ya paraboloid y = x squared + z squared inavyoonekana kufungua kando ya mhimili y kwa y = 4.
Kielelezo\PageIndex{9}. Kuunganisha muhimu mara tatu juu ya paraboloid.

Suluhisho

Makadirio ya kanda imaraE kwenyexy -ndege ni eneo lililopakana hapo juuy = 4 na chini na parabolay = x^2 kama inavyoonekana.

Katika ndege ya x y, grafu ya y = x mraba inavyoonyeshwa kwa mstari y = 4 inayoingilia grafu kwenye (hasi 2, 4) na (2, 4).
Kielelezo\PageIndex{10}. Sehemu ya msalaba katikaxy -ndege ya paraboloid katika Kielelezo\PageIndex{9}.

Hivyo, tuna

E = \big\{(x,y,z) \,|\, -2 \leq x \leq 2, \, x^2 \leq y \leq 4, \, -\sqrt{y - x^2} \leq z \sqrt{y - x^2} \big\}.\nonumber

Muhimu wa tatu unakuwa

\iiint_E \sqrt{x^2 + z^2} \,dV = \int_{x=-2}^{x=2} \int_{y=x^2}^{y=4} \int_{z=-\sqrt{y-x^2}}^{z=\sqrt{y-x^2}} \sqrt{x^2 + z^2} \,dz \, dy \, dx.\nonumber

Maneno haya ni vigumu kukokotoa, hivyo fikiria makadirio yaE kwenyexz -plane. Hii ni disc ya mviringox^2 + z^2 \leq 4. Hivyo sisi kupata

\iiint_E \sqrt{x^2 + z^2} \,dV = \int_{x=-2}^{x=2} \int_{y=x^2}^{y=4} \int_{z=-\sqrt{y-x^2}}^{z=\sqrt{y-x^2}} \sqrt{x^2 + z^2} \,dz \, dy \, dx = \int_{x=-2}^{x=2} \int_{z=-\sqrt{4-x^2}}^{z=\sqrt{4-x^2}} \int_{y=x^2+z^2}^{y=4} \sqrt{x^2 + z^2} \,dy \, dz \, dx.\nonumber

Hapa utaratibu wa ushirikiano hubadilika kutoka kuwa wa kwanzax kwa heshimay naz kisha kuwa wa kwanza kway heshimaz na kisha kwendax. Hivi karibuni itakuwa wazi jinsi mabadiliko haya yanaweza kuwa na manufaa kwa hesabu. Tuna

\int_{x=-2}^{x=2} \int_{z=\sqrt{4-x^2}}^{z=\sqrt{4-x^2}} \int_{y=x^2+z^2}^{y=4} \sqrt{x^2 + z^2} \,dy \, dz \, dx = \int_{x=-2}^{x=2} \int_{z=-\sqrt{4-x^2}}^{z=\sqrt{4-x^2}} (4 - x^2 - z^2) \sqrt{x^2 + z^2} \,dz \, dx.\nonumber

Sasa tumia badala ya polarx = r \, \cos \, \theta, \, z = r \, \sin \, \theta, nadz \, dx = r \, dr \, d\theta katikaxz -ndege. Hii kimsingi ni kitu kimoja kama wakati sisi kutumika kuratibu Polar katikaxy -plane, isipokuwa sisi ni kuchukua nafasiy kwaz. Kwa hiyo mipaka ya mabadiliko ya ushirikiano na tuna, kwa kutumiar^2 = x^2 + z^2,

\int_{x=-2}^{x=2} \int_{z=-\sqrt{4-x^2}}^{z=\sqrt{4-x^2}} (4 - x^2 - z^2) \sqrt{x^2 + z^2}\,dz \, dx = \int_{\theta=0}^{\theta=2\pi} \int_{r=0}^{r=2} (4 - r^2) rr \, dr \, d\theta = \int_0^{2\pi} \left. \left[ \dfrac{4r^3}{3} - \dfrac{r^5}{5} \right|_0^2 \right] \, d\theta = \int_0^{2\pi} \dfrac{64}{15} \,d\theta = \dfrac{128\pi}{15}\nonumber

Wastani wa Thamani ya Kazi ya Vigezo Tatu

Kumbuka kwamba tuligundua thamani ya wastani ya kazi ya vigezo viwili kwa kutathmini muhimu mara mbili juu ya mkoa kwenye ndege na kisha kugawa kwa eneo la kanda. Vile vile, tunaweza kupata thamani ya wastani wa kazi katika vigezo tatu kwa kutathmini muhimu mara tatu juu ya mkoa imara na kisha kugawa kwa kiasi cha imara.

Wastani wa Thamani ya Kazi ya Vigezo Tatu

Ikiwaf(x,y,z) ni integrable juu ya mkoa imaraE imepakana na kiasi chanya,V \, (E), basi thamani ya wastani ya kazi ni

f_{ave} = \dfrac{1}{V \, (E)} \iiint_E f(x,y,z) \, dV. \nonumber

Kumbuka kuwa kiasi ni

V \, (E) = \iiint_E 1 \,dV. \nonumber

Mfano\PageIndex{6}: Finding an Average Temperature

Joto katika hatua(x,y,z) ya imaraE imefungwa na ndege kuratibu na ndegex + y + z = 1 niT(x,y,z) = (xy + 8z + 20) \, \text{°}\text{C} . Pata joto la wastani juu ya imara.

Suluhisho

Tumia theorem iliyotolewa hapo juu na muhimu tatu ili kupata namba na denominator. Kisha fanya mgawanyiko. Kumbuka kwamba ndegex + y + z = 1 ina intercepts(1,0,0), \, (0,1,0), na(0,0,1). KandaE inaonekana kama

E = \big\{(x,y,z) \,|\, 0 \leq x \leq 1, \, 0 \leq y \leq 1 - x, \, 0 \leq z \leq 1 - x - y \big\}.\nonumber

Hivyo muhimu mara tatu ya joto ni

\iiint_E f(x,y,z) \,dV = \int_{x=0}^{x=1} \int_{y=0}^{y=1-x} \int_{z=0}^{z=1-x-y} (xy + 8z + 20) \, dz \, dy \, dx = \dfrac{147}{40}. \nonumber

Tathmini ya kiasi ni

V \, (E) = \iiint_E 1\,dV = \int_{x=0}^{x=1} \int_{y=0}^{y=1-x} \int_{z=0}^{z=1-x-y} 1 \,dz \, dy \, dx = \dfrac{1}{6}. \nonumber

Hivyo thamani ya wastani ni

T_{ave} = \dfrac{147/40}{1/6} = \dfrac{6(147)}{40} = \dfrac{441}{20} \, \text{°}\text{C} \nonumber .

Zoezi\PageIndex{6}

Pata thamani ya wastani ya kazif(x,y,z) = xyz juu ya mchemraba na pande za urefu wa vitengo 4 katika octant ya kwanza na vertex moja katika asili na kando sambamba na shoka za kuratibu.

Kidokezo

Fuata hatua katika mfano uliopita.

Jibu

f_{ave} = 8

Dhana muhimu

  • Kukokotoa muhimu mara tatu tunatumia theorem Fubini ya, ambayo inasema kwamba kamaf(x,y,z) ni kuendelea juu ya sanduku mstatiliB = [a,b] \times [c,d] \times [e,f], basi\iiint_B f(x,y,z) \,dV = \int_e^f \int_c^d \int_a^b f(x,y,z) \, dx \, dy \, dz \nonumber na pia ni sawa na yoyote ya nyingine tano orderings inawezekana kwa iterated tatu muhimu.
  • Ili kukokotoa kiasi cha kanda ya jumla imara imepakanaE tunatumia muhimu mara tatuV \, (E) = \iiint_E 1 \,dV. \nonumber
  • Kubadilishana utaratibu wa integrals iterated haina mabadiliko ya jibu. Kwa kweli, kubadilishana utaratibu wa ushirikiano kunaweza kusaidia kurahisisha hesabu.
  • Ili kukokotoa thamani ya wastani ya kazi juu ya mkoa wa jumla wa tatu-dimensional, tunatumiaf_{ave} = \dfrac{1}{V \, (E)} \iiint_E f(x,y,z) \,dV. \nonumber

Mlinganyo muhimu

  • Triple muhimu

\lim_{l,m,n \rightarrow \infty} \sum_{i=1}^l \sum_{j=1}^m \sum_{k=1}^n f(x_{ijk}^*, y_{ijk}^*, z_{ijk}^*) \,\Delta x \Delta y \Delta z = \iiint_B f(x,y,z) \,dV \nonumber

faharasa

mara tatu muhimu
muhimu mara tatu ya kazi ya kuendeleaf(x,y,z) juu ya mstatili sanduku imaraB ni kikomo cha Riemann jumla kwa kazi ya vigezo tatu, kama kikomo hii ipo