A matematikai elemzésben a többszörös vagy többszörös integrál változókból vett integrálok halmaza . Például:
Megjegyzés: a többszörös integrál határozott integrál, és kiszámításakor mindig egy számot kapunk.
Legyen egy n-dimenziós valós tér mérhető [1] halmaza, legyen függvény -on .
Egy halmaz partíciója páronként diszjunkt részhalmazok halmaza, amelyek együttesen mindent megadnak .
A válaszfal finomsága a halmazok legnagyobb átmérője .
Egy partíciót végesnek nevezünk, ha véges halmaz, és mérhetőnek , ha minden eleme mérhető (jelen esetben Jordan szerint) halmaz.
Egy függvény többszörös (n-szeres) integrálja egy halmazon olyan szám (ha létezik), hogy bármilyen kicsi -szomszédságában is legyen a beállított számnak, mindig van a halmaznak egy ilyen partíciója és egy halmaza. közbülső pontokat, hogy a partíció közbülső pontjában lévő függvény értékének szorzatainak összege a partíció mértékén ebbe a szomszédságba esik. Formálisan:
: :Itt van a készlet mértéke .
Ez a meghatározás más formában is megfogalmazható integrálösszegekkel. Ugyanis egy adott partícióhoz és egy ponthalmazhoz vegyük figyelembe az integrál összeget
Egy függvény többszörös integrálja a határ
ha létezik. A határérték az összes partíciósorozat halmazát veszi át, 0-ra hajló finomsággal. Természetesen ez a definíció eltér az előzőtől, valójában csak a használt nyelvben.
Az integrált a következőképpen jelöljük:
A modern matematikai és fizikai cikkekben nem alkalmazzák az integráljel ismételt használatát.
Az ilyen többszörös integrált megfelelő integrálnak nevezzük .
Abban az esetben, ha a többszörös integrál megegyezik a Riemann integrállal .
Legyen a függvény felső és alsó Darboux integrálja . Ezután, ha a felső és az alsó Darboux integrál egyenlő, akkor ez a függvény integrálható a , és:
Lebesgue-kritériumLegyen egy Jordan mérhető halmaz. A funkció integrálható, ha:
Legyen mérhető halmaz, legyen mérhető halmaz is, legyen definiálható és integrálható -on . Akkor
Bármely d-dimenziós integrál d egydimenziósra redukálható.
Adjunk meg egy bijektív leképezést , amely átalakítja a tartományt a következőre:
,hol vannak a "régi" és az "új" koordináták. Továbbá legyen a leképezést meghatározó függvényeknek a tartományban elsőrendű folytonos parciális deriváltjai, valamint korlátos és nem nulla Jacobi-
.Ezután azzal a feltétellel, hogy az integrál létezik
a változók változásának képlete érvényes:
Ha az integrációs tartomány legalább az egyik integrációs változó koordinátáinak origójához képest szimmetrikus, és az integrandus páratlan ebben a változóban, akkor az integrál egyenlő nullával, mivel az integrációs tartomány két felén lévő integrálok ugyanaz az abszolút érték, de ellentétes előjelek. Ha az integrandus páros ezen a változón felül, akkor az integrál az integrációs tartomány egyik felében lévő integrál kétszeresével egyenlő, mivel az integrálok mindegyik fele egyenlő.
1. példa. Legyen a függvény integrálva a tartományon keresztül
egy 1 sugarú kör , amelynek középpontja az origó.
A linearitási tulajdonság segítségével az integrál három részre bontható:
A 2sin( x ) és a 3 y 3 páratlan függvények, és az is világos, hogy a T lemez szimmetrikus mind az x , mind az y tengelyre . Így csak a konstans 5 járul hozzá a végeredményhez.
2. példa. Legyen az f ( x , y , z ) = x exp( y 2 + z 2 ) függvény integrálva egy 2 sugarú gömbön , amelynek középpontja az origóban van,
A "golyó" mindhárom tengely mentén szimmetrikus, de elég az x tengely mentén integrálni , hogy az integrál 0 legyen, mivel a függvény ebben a változóban páratlan.
A kettős integrál a többszörös integrál .
. Itt van a terület elem a figyelembe vett koordinátákban.Téglalap koordinátákban: , ahol a terület elem téglalap koordinátákban.
Hagyja, hogy a függvény csak pozitív értékeket vegyen fel a tartományban. Ekkor a kettős integrál numerikusan egyenlő az alapra épített, felülről a megfelelő felületdarabbal határolt függőleges hengeres test térfogatával .
Egyes esetekben a kettős integrált nem derékszögű, hanem poláris koordinátákban könnyebb kiszámítani , mivel ebben az esetben az integrációs régió formája és a teljes integrációs folyamat egésze jelentősen leegyszerűsödhet.
Alkalmazzuk a változók változásának tételét. Az átmenetnek megfelelő transzformáció alakja:
A leképezés jakobi modulusa: . Így azt kapjuk
ahol .Itt látható a terület elem polárkoordinátában.
Számítsuk ki a régió területét .
A poláris koordináta-rendszerre váltás nem teszi könnyebbé a területet:
.A szinusz előtti szorzó "zavarja". Ebben az esetben az átmenet kissé módosítható:
.Ez az átalakítás az eredeti területet a következőre fordítja:
.Jacobi kijelző:
.A jakobi modulus is .
Innen
.Az eredmény helyes, mert a területet a kanonikus egyenlet által megadott ellipszis határolja. A terület a képlet segítségével számítható ki . Behelyettesítéssel megbizonyosodunk arról, hogy az integrál számítása helyes.
Érték neve | Általános kifejezés | Téglalap koordináták | Poláris koordináták |
---|---|---|---|
Lapos alak területe | |||
Vékony lapos lemez tömege
sűrűség |
|||
Felületi darab terület | |||
Egy hengeres test térfogata,
a repülőn állva |
|||
Lapos alak tehetetlenségi nyomatéka
a tengelyről |
|||
Lapos alak tehetetlenségi nyomatéka
a tengelyről |
|||
Tömegkoordináták középpontja
homogén lemez |
|
||
Megjegyzések |
1) Terület – síkra vetítés ; a terület minden pontjába csak a felület egy pontja vetül; az érintősík és a sík közötti szög . 2) A síkkal kombinálva . 3) Vagy ami ugyanaz, az O középponthoz képest. |
A hármas integrál egy többszörös integrál a következővel:
ahol a térfogatelem a figyelembe vett koordinátákban.
Téglalap alakú koordinátákban a hármas integrálnak a következő alakja van:
ahol a térfogatelem téglalap alakú koordinátákkal.
Hasonlóképpen, bizonyos esetekben a hármas integrált nem téglalap alakú, hanem hengeres koordinátákkal könnyebb kiszámítani . Alkalmazzuk a változók változásának tételét. Az átmenetnek megfelelő transzformáció alakja:
A leképezés jakobi modulusa: . Így azt kapjuk
ahol a térfogatelem hengeres koordinátákkal.
A hengeres koordináták mellett átválthat gömbkoordinátákra is . Alkalmazzuk a változók változásának tételét. Az átmenetnek megfelelő transzformáció alakja:
A leképezés jakobi modulusa: . Így azt kapjuk
ahol a térfogatelem gömbkoordinátákkal.
Érték neve | Általános kifejezés | Téglalap koordináták | Hengeres koordináták | Gömb koordináták |
---|---|---|---|---|
test térfogata | ||||
A geometria tehetetlenségi nyomatéka
testek a tengely körül |
||||
Egy fizikai test tömege sűrűséggel | ||||
Tömegkoordináták középpontja
homogén test |
— | — |
Szótárak és enciklopédiák | |
---|---|
Bibliográfiai katalógusokban |
Integrálszámítás | ||
---|---|---|
Fő | ||
A Riemann-integrál általánosításai | ||
Integrált transzformációk |
| |
Numerikus integráció | ||
mértékelmélet | ||
Kapcsolódó témák | ||
Integrálok listái |