多元函数积分学及其应用

多元函数积分学及其应用第一页，共三十五页，2022年，8月28日引言在一元函数积分学中,我们知道定积分是某种确定形式的和的极限.极限的概念推广到定义在区域、曲线及曲面上多元函数的情形，便得到重积分、曲线积分及曲面积分的概念.这种和的将函数在这些区域、曲线及曲面上的积分统称为函数在几何形体上的积分.第二页，共三十五页，2022年，8月28日第一节多元函数积分的概念与性质1.物体质量的计算设有一质量非均匀分布的物体，其密度是点M的函数如果函数f已知，怎样求物体的质量呢？第三页，共三十五页，2022年，8月28日在定积分中，一根线密度为的细直棒AB，它的质量可通过分割、近似、求和、取极限四个步骤化为定积分第四页，共三十五页，2022年，8月28日平面薄板的质量设它所占的平面区域为D，其密度为在D上连续，类似于对直棒的处理------“化整为零”可按如下步骤计算它的质量.第五页，共三十五页，2022年，8月28日【分割】【近似】把D任意划分为n个子域示面积）【求和】【取极限】（也表第六页，共三十五页，2022年，8月28日薄板的质量细棒的质量均可由相同形式的和式极限来确定.一般地，设有一质量非均匀分布在某一几何形体G上的物体(G可以是直线段、平面或空间区域、一片曲面或一段曲线),其质量可以按照以上四个步骤来计算：第七页，共三十五页，2022年，8月28日把G任意划分为n个子域示度量）（也表【分割】【近似】【求和】【取极限】上质量分布近似看作均匀第八页，共三十五页，2022年，8月28日2.多元函数积分的概念定义设G表示一个有界的可度量几何形体，第九页，共三十五页，2022年，8月28日第十页，共三十五页，2022年，8月28日被积函数元素积分域被积式或积分微元积分号积分和第十一页，共三十五页，2022年，8月28日当G为不同的几何形体时，对应的积分有不同的名称和表达式：（1）当G是x轴上的闭区间[a,b],称为定积分第十二页，共三十五页，2022年，8月28日（2）当G为平面有界闭区域（常记为D）时，（3）当G为空间有界闭区域（常记为）时，称为二重积分称为三重积分第十三页，共三十五页，2022年，8月28日（4）当G为平面有限曲线段（常记为L）或空间有限曲线段（常记为）时，称为对弧长的曲线积分称为积分路径，ds称为弧长元素.第十四页，共三十五页，2022年，8月28日（5）当G为空间有限曲面片（常记为∑）时，称为对面积的曲面积分称为积分曲面，dS称为曲面面积元素.第十五页，共三十五页，2022年，8月28日例1讨论二重积分的几何意义.解D任意划分为n个子域曲顶柱体第十六页，共三十五页，2022年，8月28日小平顶柱体体积高×底面积小柱体体积无限累加得到以曲面为顶，区域D为底的曲顶柱体的体积V.第十七页，共三十五页，2022年，8月28日二重积分的几何意义二重积分是曲顶柱体的体积的负值.当被积函数当被积函数其投影D为底曲顶柱体的体积.二重积分是曲面第十八页，共三十五页，2022年，8月28日3.多元函数积分的性质多元积分的存在性与定积分类似：第十九页，共三十五页，2022年，8月28日性质1（线性性质）第二十页，共三十五页，2022年，8月28日性质2（区域可加性）定积分二重积分第二十一页，共三十五页，2022年，8月28日性质3对于二重积分来说（积分区间的长度）定积分第二十二页，共三十五页，2022年，8月28日性质4（比较性）二重积分：定积分第二十三页，共三十五页，2022年，8月28日性质5(估值性）定积分二重积分：第二十四页，共三十五页，2022年，8月28日性质6（积分中值定理）二重积分：定积分第二十五页，共三十五页，2022年，8月28日例2估计积分的值,其中D是矩形域解在区域D上,由于有(确定被积函数在D上的最大值和最小值)所以又积分区域D的面积是由估值性质(5)，第二十六页，共三十五页，2022年，8月28日

多元函数积分可看作定积分推广为多元函数在不同几何形体上的积分.n重积分

(多元函数在n维空间中的

有界闭区域上的积分)曲面积分（多元函数在有限曲面片上的积分）曲线积分（多元函数在有限曲线段上的积分）小结第二十七页，共三十五页，2022年，8月28日1.多元函数积分的定义定积分重积分第二十八页，共三十五页，2022年，8月28日对弧长的曲线积分：对面积的曲面积分：第二十九页，共三十五页，2022年，8月28日几种几何形体上的积分：D闭区间[a,b]L(平面有界闭区域)（平面有限曲线段）（有限曲面片）(空间有界闭区域)(空间有限曲线段)二重积分三重积分对弧长的曲线积分对面积的曲面积分第三十页，共三十五页，2022年，8月28日二、多元函数积分的性质线性性、可加性、比较性、估值性、积分中值定理.第三十一页，共三十五页，2022年，8月28日若一个非均匀物体，其形状如上述几何形体G，其密度为G上的函数，则在G的元素dg上，其质量应是于是该物体的总质量为第三十二页，共三十五页，2022年，8月28日二重积分的几何意义：第三十三页，共三十五页，2022年，8月2