Физические приложения интегралов

Вычислить интеграл Задачи и примеры

Физические приложения тройных интегралов

Пример Найти центроид однородного полушара радиусом R.

Решение. Введем систему координат таким образом, чтобы полушар был расположен при z ≥ 0 и имел центр в начале координат (рисунок 1).
Рис.1
Рис.2

центроида (центра тяжести) тела. Очевидно, что в силу симметрии Вычислим координату центра тяжести по формуле Поскольку полушар однородный, то полагаем ρ(x,y,z) = ρ0. Тогда В знаменателе через V обозначен объем полушара, равный Остается вычислить тройной интеграл . Для этого перейдем к сферическим координатам. При этом радиальную координату будем обозначать через r − чтобы не путать с плотностью ρ. Получаем: Таким образом, координата центра тяжести равна

{для нахождения интеграла применим формулу (10)}

и) 

{для нахождения интеграла применим формулу (9)}

к)

{для нахождения интеграла применим формулу (3)}

л) 

{для нахождения интеграла применим формулу (7)}

Найдем интегралы (м – н) методом интегрирования по частям,

используя формулу  (13):

м)

{для нахождения интеграла применим формулу (6)}

н)

 {второе слагаемое вычислим с помощью замены, применив формулу (2)}

 

 в итоге получаем 

о) .

Под знаком интеграла правильная рациональная дробь. Разложим её на простейшие дроби:

Перейдем к равенству числителей:

.

Отсюда следует, что

 

Тогда

Интегрируя почленно полученное равенство и применяя свойства неопределённого интеграла, получим:

{для нахождения интегралов применим формулу (3)}

п) .

Под знаком интеграла неправильная рациональная дробь. Выделим целую часть этой дроби путем деления числителя на знаменатель:

 

Выделим полный квадрат в знаменателе правильной рациональной дроби:

Возвращаясь к исходному интегралы, получим:

{для нахождения первых трёх интегралов применим формулу (2), для четвёртого – формулу (1), последний интеграл найдем c помощью формулы (7)}

 

 

Привести к каноническому виду уравнение поверхности второго по­рядка  с помощью теории квадратичных форм. Сделать рисунок.

  Решение. Напишем уравнение этой поверхности в общем виде, выписывая и коэффициенты, равные нулю:

Теперь нетрудно записать и матрицу этой квадратичной формы:

Характеристическое уравнение имеет вид


Физические приложения поверхностных интегралов