Matemaattisessa analyysissä moni- tai moniintegraali on joukko integraaleja, jotka on otettu muuttujista. Esimerkiksi:
Huomaa: moninkertainen integraali on määrätty integraali, ja kun se lasketaan, saadaan aina luku.
Olkoon n -ulotteisen todellisen avaruuden mitattavissa oleva [1] joukko, funktio .
Joukon osio on joukko pareittain hajallaan olevia osajoukkoja , jotka yhdessä antavat kaiken .
Väliseinän hienous on sarjojen suurin halkaisija .
Osiota kutsutaan äärelliseksi , jos se on äärellinen joukko, ja mitattavaksi , jos kaikki sen elementit ovat mitattavissa (tässä tapauksessa Jordanin mukaan) joukkoja.
Funktion moninkertainen (n-kertainen) integraali joukossa on luku (jos se on olemassa) siten, että riippumatta siitä, kuinka pienestä -naapuri asettamamme luvulla on, joukolla on aina tällainen osio ja joukko välipisteet, että osion osion välipisteen funktion arvon tulojen summa osuu tähän naapurustoon. Muodollisesti:
: :Tässä on sarjan mitta .
Tämä määritelmä voidaan muotoilla toiseen muotoon integraalisummia käyttäen. Tarkastellaan nimittäin tietyn osion ja pistejoukon integraalisummaa
Raja on funktion moninkertainen integraali
jos se on olemassa. Raja on otettu kaikkien osiojonojen joukkoon, hienouden ollessa 0. Tietenkin tämä määritelmä eroaa edellisestä, itse asiassa vain käytetyn kielen osalta.
Integraali merkitään seuraavasti:
Nykyaikaisissa matemaattisissa ja fysikaalisissa artikkeleissa integraalimerkin toistuvaa käyttöä ei käytetä.
Tällaista moninkertaista integraalia kutsutaan varsinaiseksi integraaliksi .
Siinä tapauksessa moninkertainen integraali on sama kuin Riemannin integraali .
Olkoon funktion ylempi ja alempi Darboux-integraali . Sitten, jos ylempi ja alempi Darboux-integraali ovat yhtä suuret, tämä funktio on integroitavissa , ja:
Lebesguen kriteeriOlkoon Jordanin mitattavissa oleva joukko. Toiminto on integroitavissa, jos:
Antaa olla mitattavissa oleva joukko, olla myös mitattavissa oleva joukko, olla määritelty ja integroitavissa . Sitten
Mikä tahansa d-ulotteinen integraali voidaan pelkistää d yksiulotteiseksi integraaliksi.
Annetaan bijektiivinen kartoitus , joka muuttaa verkkotunnuksen muotoon :
,missä ovat "vanhat" koordinaatit ja "uudet" koordinaatit. Lisäksi olkoon kartoituksen määrittävillä funktioilla jatkuvia ensimmäisen asteen osittaisderivaataita alueella sekä rajoitettu ja nollasta poikkeava jakobilainen
.Sitten sillä ehdolla, että integraali on olemassa
muuttujien muutoksen kaava on voimassa:
Jos integrointialue on symmetrinen vähintään yhden integrointimuuttujan koordinaattien alkuperän suhteen ja integrandi on pariton tässä muuttujassa, integraali on yhtä suuri kuin nolla, koska integraalialueen kahden puolikkaan integraaleilla on sama itseisarvo, mutta päinvastaiset merkit. Jos integrandi on parillinen tämän muuttujan yläpuolella, integraali on kaksinkertainen integraalialueen yhden puolikkaan integraaliin, koska kummankin puolikkaan integraalit ovat yhtä suuret.
Esimerkki 1. Olkoon funktio integroitu toimialueen yli
ympyrä , jonka säde on 1 ja jonka keskipiste on origossa.
Lineaarisuusominaisuuden avulla integraali voidaan jakaa kolmeen osaan:
2sin( x ) ja 3 y 3 ovat parittomia funktioita, ja on myös selvää, että levy T on symmetrinen sekä x -akselin että y - akselin suhteen . Siten vain vakio 5 vaikuttaa lopputulokseen.
Esimerkki 2. Olkoon funktio f ( x , y , z ) = x exp( y 2 + z 2 ) integroituna pallon yli , jonka säde on 2 ja jonka keskipiste on origossa,
"Pallo" on symmetrinen kaikkia kolmea akselia pitkin, mutta riittää, että integraali x -akselia pitkin osoittaa, että integraali on 0, koska funktio on tässä muuttujassa pariton.
Kaksoisintegraali on moniintegraali, jossa on .
. Tässä on alue-elementti tarkasteluissa koordinaateissa.Suorakaidekoordinaateissa: , missä on alue-alkio suorakaiteen muotoisina koordinaatteina.
Anna funktion ottaa vain positiivisia arvoja alueella. Tällöin kaksoisintegraali on numeerisesti yhtä suuri kuin pystysuoran lieriömäisen rungon tilavuus, joka on rakennettu alustalle ja jota ylhäältä rajaa vastaava pintakappale .
Joissakin tapauksissa on helpompi laskea kaksoisintegraali ei suorakaiteen muotoisina, vaan napakoordinaateina , koska tässä tapauksessa integrointialueen muoto ja koko integrointiprosessi kokonaisuudessaan voivat yksinkertaistaa merkittävästi.
Käytämme muuttujien muutoslausetta. Siirtymää vastaavalla muunnoksella on muoto:
Kuvauksen Jacobiaanin moduuli on . Näin saamme sen
missä .Tässä on alue-elementti napakoordinaateissa.
Lasketaan alueen pinta-ala .
Napakoordinaattijärjestelmään vaihtaminen ei tee alueesta helpompaa:
.Sinin edessä oleva kerroin "häiritsee". Tässä tapauksessa siirtymää voidaan säätää hieman:
.Tämä muunnos muuttaa alkuperäisen alueen seuraavaksi:
.Jacobin näyttö:
.Jacobian moduuli on myös .
Täältä
.Tulos on oikea, koska aluetta rajoittaa kanonisen yhtälön antama ellipsi. Pinta-ala voidaan laskea kaavalla . Korvaamalla varmistamme, että integraalin laskenta on oikein.
Arvon nimi | Yleinen ilmaisu | Suorakulmaiset koordinaatit | Polaarikoordinaatit |
---|---|---|---|
Tasaisen hahmon pinta-ala | |||
Ohuen litteän levyn massa
tiheys |
|||
Pintakappaleen alue | |||
sylinterimäisen rungon tilavuus,
koneessa seisomassa |
|||
Litteän hahmon hitausmomentti
akselin suhteen |
|||
Litteän hahmon hitausmomentti
akselin suhteen |
|||
Massakoordinaattien keskipiste
homogeeninen levy |
|
||
Huomautuksia |
1) Pinta-ala - projektio tasoon ; vain yksi pinnan piste projisoidaan kuhunkin alueen pisteeseen; on tangenttitason ja tason välinen kulma . 2) Yhdistettynä koneeseen . 3) Tai mikä on sama, suhteessa keskustaan O. |
Kolmoisintegraali on moniintegraali, jossa on :
missä on tilavuuselementti tarkasteluissa koordinaateissa.
Suorakulmaisissa koordinaateissa kolmoisintegraalilla on seuraava muoto:
missä on tilavuuselementti suorakaiteen muotoisina koordinaatteina.
Samoin joissakin tapauksissa kolmoisintegraali on helpompi laskea ei suorakaiteen muotoisina, vaan sylinterimäisinä koordinaatteina . Käytämme muuttujien muutoslausetta. Siirtymää vastaavalla muunnoksella on muoto:
Kuvauksen Jacobiaanin moduuli on . Näin saamme sen
missä on tilavuuselementti sylinterimäisinä koordinaatteina.
Sylinterimäisten koordinaattien lisäksi voit vaihtaa myös pallomaisiin koordinaatteihin . Käytämme muuttujien muutoslausetta. Siirtymää vastaavalla muunnoksella on muoto:
Kuvauksen Jacobiaanin moduuli on . Näin saamme sen
missä on tilavuuselementti pallokoordinaateissa.
Arvon nimi | Yleinen ilmaisu | Suorakulmaiset koordinaatit | Sylinterimäiset koordinaatit | Pallomaiset koordinaatit |
---|---|---|---|---|
kehon tilavuus | ||||
Geometriikan hitausmomentti
kehot akselin ympärillä |
||||
Fyysisen kehon massa tiheydellä | ||||
Massakoordinaattien keskipiste
homogeeninen runko |
— | — |
![]() | |
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |
Integraalilaskenta | ||
---|---|---|
Main | ||
Riemannin integraalin yleistykset | ||
Integraalit muunnokset |
| |
Numeerinen integrointi | ||
mittateoria | ||
liittyvät aiheet | ||
Listat integraaleista |