定积分的元素法

之前我们学习了二重积分和三重积分的概念,分别用它们来求解了曲顶柱体的体积,以及物体的质量。

曲顶柱体的体积=

非均匀密度物体的质量=

然而,它们的应用远不止于此。比如二重积分还可以求曲面的面积,而三重积分还可以求空间中的各个物体之间的引力。

曲面面积可以由二重积分计算得到

空间中的引力可由三重积分计算得到

那么,这些计算之间有什么共性呢?为什么都可以用积分来完成呢。这是因为这些看似完全不想关的概念,在数学上,其实都是通过分割,近似,合并,求极限的方法来完成的。以二重积分求曲顶柱体的体积为例

  • 分割:对定义域进行分割
  • 近似:对于每一个小格子内的几何图形,用立方体来近似
  • 合并:将各个小格子都加起来
  • 极限:将区域划分的越来越密,并重复之前的三个步骤。则当每个划分的区域都为无穷小时,将所有立方体加起来的极限,即为曲顶柱体的体积。

这种方法有一个专门的名字,叫做定积分的元素法。下面这一节,我们就利用此方法,来推导一下如何用二重积分来计算曲面的面积。

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