I matematisk analyse er et multipel- eller multipelintegral et sæt integraler taget fra variabler. For eksempel:
Bemærk: et multipelintegral er et bestemt integral, og når det beregnes, opnås altid et tal.
Lad være et målbart [1] sæt af et n-dimensionelt reelt rum, være en funktion på .
En partition af et sæt er et sæt af parvise usammenhængende delmængder , der kombineres for at give alt .
Finheden af skillevæggen er den største diameter af sættene .
En partition kaldes finit , hvis den er en finit mængde, og målbar , hvis alle dens elementer er målbare (i dette tilfælde ifølge Jordan) mængder.
Et multipelt (n-fold) integral af en funktion i en mængde er et tal (hvis det findes), sådan at der, uanset hvor lille kvarteret til tallet vi sætter, altid er en sådan partition af mængden og et sæt af mellemliggende punkter, at summen af produkterne af værdien af funktionen ved mellempunktet for partitionen på partitionsmålet vil falde ind i dette kvarter. Formelt:
: :Her er sættets mål .
Denne definition kan formuleres i en anden form ved hjælp af integrale summer. Nemlig, for en given partition og et sæt punkter , skal du overveje den integrale sum
Multiple integralet af en funktion er grænsen
hvis det findes. Grænsen overtages af sættet af alle sekvenser af partitioner, med finhed, der har tendens til 0. Denne definition adskiller sig naturligvis fra den foregående, faktisk kun i det anvendte sprog.
Integralet er angivet som følger:
I moderne matematiske og fysiske artikler bruges den gentagne brug af integraletegnet ikke.
Sådan et multipelt integral kaldes et egentligt integral .
I tilfældet er multipelintegralet det samme som Riemannintegralet .
Lad der være øvre og nedre Darboux-integraler af funktionen på . Så, hvis de øvre og nedre Darboux-integraler er ens, så kan denne funktion integreres på , og:
Lebesgue kriteriumLad være et Jordan målbart sæt. Funktionen kan integreres på, hvis:
Lad være et målbart sæt, vær også et målbart sæt, være defineret og integrerbart på . Derefter
Ethvert d-dimensionelt integral kan reduceres til d endimensionelle.
Lad en bijektiv mapping gives , der transformerer domænet til :
,hvor er de "gamle" koordinater og er de "nye" koordinater. Lad endvidere funktionerne, der definerer kortlægningen, have kontinuerte partielle afledte af første orden i domænet, såvel som en afgrænset og ikke-nul Jacobian
.Så under den betingelse, at integralet eksisterer
formlen for ændring af variable er gyldig:
Hvis integrationsdomænet er symmetrisk med hensyn til oprindelsen af koordinater for mindst én af integrationsvariablerne, og integranden er ulige i denne variabel, er integralet lig med nul, da integralerne over de to halvdele af integrationsdomænet har samme absolutte værdi, men modsatte fortegn. Hvis integranden er lige over denne variabel, er integralet lig med det dobbelte af integralet over en af halvdelene af integrationsdomænet, da integralerne over hver af halvdelene er ens.
Eksempel 1. Lad funktionen integreres over domænet
en cirkel med radius 1 centreret ved origo.
Ved at bruge linearitetsegenskaben kan integralet dekomponeres i tre dele:
2sin( x ) og 3 y 3 er ulige funktioner, og det er også tydeligt, at skiven T er symmetrisk om både x -aksen og y -aksen . Det er således kun konstant 5, der bidrager til det endelige resultat.
Eksempel 2. Lad funktionen f ( x , y , z ) = x exp( y 2 + z 2 ) integreres over en kugle med radius 2 centreret i origo,
"Kuglen" er symmetrisk langs alle tre akser, men det er nok at integrere langs x -aksen for at vise, at integralet er 0, da funktionen er ulige i denne variabel.
Et dobbeltintegral er et multipelintegral med .
. Her er arealelementet i de betragtede koordinater.I rektangulære koordinater: , hvor er arealelementet i rektangulære koordinater.
Lad funktionen kun tage positive værdier i domænet. Så er det dobbelte integral numerisk lig med volumenet af et lodret cylindrisk legeme bygget på bunden og afgrænset ovenfra af det tilsvarende stykke overflade .
I nogle tilfælde er det lettere at beregne dobbeltintegralet ikke i rektangulære, men i polære koordinater , da der i dette tilfælde kan forekomme en betydelig forenkling af formen af integrationsregionen og hele integrationsprocessen som helhed.
Vi anvender sætningen om ændring af variable. Transformationen svarende til overgangen har formen:
Modulus for kortlægningens jakobiske er . Det får vi altså
hvor .Her er arealelementet i polære koordinater.
Lad os beregne arealet af regionen .
Skift til et polært koordinatsystem vil ikke gøre området nemmere:
.Multiplikatoren foran sinus "interfererer". I dette tilfælde kan overgangen justeres lidt:
.Denne transformation vil oversætte det oprindelige område til følgende:
.Jacobiansk skærm:
.Det Jacobianske modul er også .
Herfra
.Resultatet er korrekt, fordi området er afgrænset af ellipsen givet af den kanoniske ligning. Arealet kan beregnes ved hjælp af formlen . Ved substitution sikrer vi os, at beregningen af integralet er korrekt.
Værdinavn | Generelt udtryk | Rektangulære koordinater | Polære koordinater |
---|---|---|---|
Areal af en flad figur | |||
Masse af en tynd flad plade
massefylde |
|||
Overflade stykke areal | |||
Volumen af en cylindrisk krop,
står på flyet |
|||
Inertimoment af en flad figur
om aksen |
|||
Inertimoment af en flad figur
om aksen |
|||
Center for massekoordinater
homogen plade |
|
||
Noter |
1) Område - projektion på et plan ; kun et punkt af overfladen projiceres ind i hvert punkt i området; er vinklen mellem tangentplanet og planet . 2) Kombineret med flyet . 3) Eller, som er det samme, i forhold til centrum O. |
Et tredobbelt integral er et multipelt integral med :
hvor er volumenelementet i de betragtede koordinater.
I rektangulære koordinater har det tredobbelte integral følgende form:
hvor er volumenelementet i rektangulære koordinater.
Tilsvarende er det tredobbelte integral i nogle tilfælde lettere at beregne ikke i rektangulære, men i cylindriske koordinater . Vi anvender sætningen om ændring af variable. Transformationen svarende til overgangen har formen:
Modulus for kortlægningens jakobiske er . Det får vi altså
hvor er volumenelementet i cylindriske koordinater.
Ud over cylindriske koordinater kan du også skifte til sfæriske koordinater . Vi anvender sætningen om ændring af variable. Transformationen svarende til overgangen har formen:
Modulus for kortlægningens jakobiske er . Det får vi altså
hvor er volumenelementet i sfæriske koordinater.
Værdinavn | Generelt udtryk | Rektangulære koordinater | Cylindriske koordinater | Kugleformede koordinater |
---|---|---|---|---|
kropsvolumen | ||||
Inertimoment af det geometriske
legemer om aksen |
||||
Masse af en fysisk krop med tæthed | ||||
Center for massekoordinater
homogen krop |
— | — |
![]() | |
---|---|
I bibliografiske kataloger |
Integralregning | ||
---|---|---|
Hoved | ||
Generaliseringer af Riemann-integralet | ||
Integrale transformationer |
| |
Numerisk integration | ||
måle teori | ||
relaterede emner | ||
Lister over integraler |