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高等数学:三重积分的概念与定义

【摘要】:定积分及二重积分作为和的极限的概念,可以很自然地推广到三重积分.定义 设f是空间有界闭区域Ω上的有界函数,将Ω任意分成n个小区域Δv1,Δv2,…,Δvn,其中Δvi表示第i个小闭区域,也表示它的体积.在每个Δvi上任取一点,作乘积fΔvi(i=1,2,…

定积分及二重积分作为和的极限的概念,可以很自然地推广到三重积分.

定义 设f(x,y,z)是空间有界闭区域Ω上的有界函数,将Ω任意分成n个小区域Δv1,Δv2,…,Δvn,其中Δvi表示第i个小闭区域,也表示它的体积.在每个Δvi上任取一点(ξi,ηi,ζi),作乘积f(ξi,ηi,ζi)Δvi(i=1,2,…,n),并作和.如果当各小区域的直径中的最大值λ趋于零时,和的极限总存在,则称此极限为函数在闭区域Ω上的三重积分,记作,即

其中d v叫作体积微元.

在直角坐标系中,如果用平行于坐标面的平面来划分Ω,那么除了包含Ω的边界点的一些不规则小区域外,得到的小区域Δvi为长方体.设长方体小闭区域Δvi的边长为Δxi,Δyi,Δzi,则Δvi=ΔxiΔyiΔzi.因此在直角坐标系中,把体积元素d v记作d x d y d z,则三重积分在直角坐标系下记作

其中d x d y d z叫作直角坐标系下的体积微元.

根据定义,密度为f(x,y,z)的空间立体Ω的质量M为(www.chuimin.cn)

这也是三重积分的物理意义.

三重积分具有与二重积分类似的性质,这里不再叙述,只指出其中一点:若f(x,y,z)=1,设积分区域Ω的体积为V,则

式(9.4.2)的物理意义:密度为1的均质立体Ω的质量在数值上等于Ω的体积.

当函数f(x,y,z)在闭区域Ω上连续时,式(9.4.1)右端的和的极限必定存在,也就是函数f(x,y,z)在闭区域Ω上的三重积分必定存在.下面讨论中,总是假定函数f(x,y,z)是在闭区域Ω上连续.