§9.3 三重积分及其计算(一)— 直角坐标

§9.3.1 三重积分的概念

定义

设 是空间有界闭区域 上的有界函数,将 任意分割为 个小闭区域,作积分和取极限:

物理意义:若 为密度函数,则三重积分 = 物体的质量。

在直角坐标中,。

性质

三重积分的性质与二重积分完全相同。

特别强调:

  1. (区域体积)
  2. 三重积分中值定理
  3. 对称性:关于 面对称时, → 积分为 0; → 2 倍上半部分

§9.3.2 轮换对称性 ⭐(考研重点)

情形1:球体

当 时:

情形2:四面体

当 为 ()时,关于面 对称:

情形3:长方体上的分离

若 且 ,则:


§9.3.3 直角坐标下的计算方法

方法一:投影法 — “先一后二”

将 投影到 面得 ,过 内任一点作平行于 轴的直线,从 穿入,从 穿出:

如何确定 :从两曲面方程中消去 ,得到投影柱面方程 ,投影曲线围成的区域即 。

方法二:截面法 — “先二后一”

当 夹在平面 和 之间,且用平面 截得的截面 容易处理时:

典型场景: 仅与 有关,且截面规则(圆、椭圆等)。

方法选择

方法适用场景
先一后二(投影法)一般情况,步骤清晰
先二后一(截面法)被积函数仅含 ,截面为圆/椭圆/规则区域

典型例题

例1(四面体)

计算 , 为坐标面与 所围区域。

例2(截面法)

计算 ,

截面法: 时截面为椭圆

例3(考研)

计算 , 由 与 围成。

消去 :

,

转化为极坐标下的二重积分计算。


关键词汇总

概念公式
三重积分定义
投影法
截面法
轮换对称(球)
长方体分离