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利用平面投影图形确定三重积分的积分限.pdf

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( ) 第 27 卷第 4 期 浙江师范大学学报 自然科学版 Vol . 27 , No . 4 ( ) 2004 年 11 月 J OU RNAL OF ZHEJ IAN G NORMAL UN IV ERSI T Y Nat . Sci . Nov . 2004 ( )   文章编号 :100 1505 1 2004 利用平面投影图形确定三重积分的积分限 严永仙 (浙江科技学院 理学系 ,浙江 杭州  3 100 12) 摘  要 :三重积分积分限的确定一直是教学的难点与重点. 针对学生空间想像力及作图能力欠缺的现状 ,结合 教学实践 ,提出了用平面图形代替立体图形的方法 ,给出了积分域的投影区域及积分限确定的几种方法 , 以有 效解决三重积分的积分限的确定问题. 关键词 :三重积分 ;积分区域 ;积分限;投影 ;投影区域 中图分类号 :O172     文献标识码 :A 0  引 言 三重积分计算的思想是化三重积分为三次积分, 其重点、难点和关键点是选择适当的坐标系 、积分 次序和积分限的确定. 对上述要点的掌握, 传统的做法是要求学习者能根据题中的条件作出或想像出积 分区域的大致图形, 需要有较强的空间想像能力, 但从教学实践的情况看, 学习者欠缺的正是空间想像 力, 常常停留在平面图形上; 由方程难以确定曲面的形状, 有的虽能判别出其形状, 但要作出对应的图形 常感到困难, 而要画出几个曲面所围的区域则更为困难了. 为此, 学习者普遍感到三重积分难学. 这一情 况引起了笔者的深思 :三重积分的积分限的确定能否避开积分域的立体图形, 寻找其他有效途径以达到 [ 1] 异曲同工之效呢 ? 就三重积分在直角坐标系 、柱面坐标系上的计算问题, 通过对教材 及大量参考书 中习题的深入分析和思考, 给出了肯定的回答, 探索出了一种易被学习者接受而行之有效的方法 ———利 用平面图形确定三重积分的积分限. 这种方法的关键是作出积分域在被选定坐标面上的投影区域, 再加 上一些简单的分析和判断便可确定积分限, 而不必作出积分域的立体图形, 若能想像出积分域的大致图 形, 则能更快更准地确定出积分限. 通常情况下, 积分区域的边界曲面可分为两类 : F ( x , y , z) = 0 (方程中显含 z) 和 g ( x , y) = 0. 为叙 ( θ 述方便, 笔者针对三重积分在直角坐标系 、柱面坐标系下的“先一后二”法 以先 z 后 x , y 或 r , 为例, 并记 Ω在 x oy 面上投影区域为D xy) , 提出 D xy 的几种作法及积分限确定的方法. 1  截痕法 用坐标面 z = 0 截各曲面得截痕[ 2] , 各截痕所围的公共部分为 D xy . 具体做法如下 : gj ( x , y) = 0 Fi ( x , y , 0) = 0 第 1 步 :在 x oy 面上分别作出各截痕 (j = 1 , 2 , …, s) 或 ( i = 1 , 2 ,
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