Вычисление двойных интегралов
Продолжая трактовать двойной интеграл геометрически как объем цилиндрического тела, мы дадим здесь указания относительно его вычисления путем сведения к вычислению определенных интегралов.
Теорема. Если функция f(x,y) непрерывна в замкнутой области s, ограниченной линиями х=а, х=b (a<b), y=j(x), y=g(x) (j(x) и g(x) – непрерывные функции на отрезке [a;b], причем j(x)£g(x) на этом отрезке), то имеет место равенство
, (*)
позволяющее свести вычисление двойного интеграла к последовательному вычислению определенного интеграла от определенного интеграла (или, что тоже, к вычислению повторного интеграла).
Повторный интеграл, заданный в правой части равенства (*), обычно записывается в виде:
При вычислении двойного интеграла с помощью повторного по формуле (*) сначала вычисляется внутренний интеграл
при постоянном значении переменной х в пределах изменения у (для области s), затем полученная функция от х интегрируется по х в максимальных пределах изменения переменной х для области s.
Рассмотрим пример. Вычислить интеграл , если область s ограничена линиями y=0; y=x3, x=1.
Так как область s и функция f(x,y) удовлетворяют условиям теоремы, получим:
Если область s представляет собой криволинейную трапецию другого типа и ограничена линиями y=c; y=d; (c<d), x=g1(y); x=g2(y) (c£y£d), (g1(y), g2(y) непрерывные на [c;d] функции, причем всюду на этом отрезке g1(y)£g2(y)), то получим формулу
.
Замечание. Если контур области s пересекается лишь в двух точках прямыми, параллельными оси ординат, так и параллельными оси абсцисс (как, например, в случае, изображенном на рис. 2),
Рис. 2.
то при выполнении указанных условий применимы обе упомянутые формулы. Из сопоставления их получается равенство:
Пример. Вычислить двойной интеграл по области D, ограниченной линиями y=1-x, y=2, y=x2 + 1 (рис. 3).
Рис. 3.
Применяя формулу сведения двойного интеграла к повторному (условия теоремы выполнены), получим:
Пример. Найти пределы двукратного интеграла для данных (конечных) областях интегрирования D.
1. x2+y2£1, x³0, y³0.
Решение. Полезно сделать чертеж, хотя бы грубо, чтобы получить общее представление об области.
, или
.
2. (x-2)2+(y-3)2 £ 4
, или
.
Пример. Переменив порядок интегрирования, записать данное выражение в виде одного двукратного интеграла:
1. .
Сделаем чертеж области:
получим .
2.