Testo (svolto in aula, videolezione di Multivariable Calculus, MIT). Scrivere gli estremi di integrazione, in coordinate cartesiane, per un integrale triplo sulla regione della palla x 2 + y 2 + z 2 ≤ 1 x^2 + y^2 + z^2 \leq 1 x 2 + y 2 + z 2 ≤ 1 che sta sopra il piano z = 1 − y z = 1 - y z = 1 − y .
Metodo: integrazione per fili, vedi Integrali tripli e coordinate cilindriche e sfericheL'integrale triplo ∭R f dV si calcola per fili (prima in z tra due superfici z = φ1(x, y) e z = φ2(x, y), poi un integrale doppio sull'ombra D del solido) o per strati (prima un integrale doppio sulla sezione Rz, poi in z). Volume = ∭R 1 dV. Coordinate cilindriche: dV = r dr dθ dz (simmetria attorno all'asse z); sferiche x = ρ sin φ cos θ, y = ρ sin φ sin θ, z = ρ cos φ: dV = ρ² sin φ dρ dφ dθ (sfere, coni con vertice nell'origine).Integrali tripli e coordinate cilindriche e sferiche → .
1. Estremi in z z z
Fissato ( x , y ) (x, y) ( x , y ) , il filo verticale entra nel solido attraversando il piano e ne esce attraversando la sfera, nella sua parte superiore:
1 − y ≤ z ≤ 1 − x 2 − y 2 1 - y \leq z \leq \sqrt{1 - x^2 - y^2} 1 − y ≤ z ≤ 1 − x 2 − y 2
Il "pavimento" è il piano e non la semisfera inferiore: dentro la palla ∣ y ∣ ≤ 1 |y| \leq 1 ∣ y ∣ ≤ 1 , quindi 1 − y ≥ 0 ≥ − 1 − x 2 − y 2 1 - y \geq 0 \geq -\sqrt{1 - x^2 - y^2} 1 − y ≥ 0 ≥ − 1 − x 2 − y 2 .
2. L'ombra sul piano x y xy x y
I punti ( x , y ) (x, y) ( x , y ) che contano sono quelli in cui il filo esiste, cioè in cui il pavimento non supera il soffitto:
1 − y ≤ 1 − x 2 − y 2 1 - y \leq \sqrt{1 - x^2 - y^2} 1 − y ≤ 1 − x 2 − y 2
Entrambi i membri sono ≥ 0 \geq 0 ≥ 0 , quindi si può elevare al quadrato senza cambiare il verso:
1 − 2 y + y 2 ≤ 1 − x 2 − y 2 ⟺ x 2 + 2 y 2 − 2 y ≤ 0 1 - 2y + y^2 \leq 1 - x^2 - y^2 \iff x^2 + 2y^2 - 2y \leq 0 1 − 2 y + y 2 ≤ 1 − x 2 − y 2 ⟺ x 2 + 2 y 2 − 2 y ≤ 0
Completando il quadrato, x 2 + 2 ( y − 1 2 ) 2 ≤ 1 2 x^2 + 2\left(y - \frac12\right)^2 \leq \frac12 x 2 + 2 ( y − 2 1 ) 2 ≤ 2 1 : è un'ellisse piena di centro ( 0 , 1 2 ) \left(0, \frac12\right) ( 0 , 2 1 ) (l'ombra della circonferenza in cui il piano taglia la sfera).
3. Estremi in x x x e y y y
Dall'ellisse, x 2 ≤ 2 y − 2 y 2 = 2 y ( 1 − y ) x^2 \leq 2y - 2y^2 = 2y(1 - y) x 2 ≤ 2 y − 2 y 2 = 2 y ( 1 − y ) : serve y ( 1 − y ) ≥ 0 y(1 - y) \geq 0 y ( 1 − y ) ≥ 0 , cioè 0 ≤ y ≤ 1 0 \leq y \leq 1 0 ≤ y ≤ 1 , e per ogni tale y y y
− 2 y − 2 y 2 ≤ x ≤ 2 y − 2 y 2 -\sqrt{2y - 2y^2} \leq x \leq \sqrt{2y - 2y^2} − 2 y − 2 y 2 ≤ x ≤ 2 y − 2 y 2
Risultato
∭ f d V = ∫ 0 1 ∫ − 2 y − 2 y 2 2 y − 2 y 2 ∫ 1 − y 1 − x 2 − y 2 f ( x , y , z ) d z d x d y \iiint f\,dV = \int_0^1 \int_{-\sqrt{2y-2y^2}}^{\sqrt{2y-2y^2}} \int_{1-y}^{\sqrt{1-x^2-y^2}} f(x, y, z)\,dz\,dx\,dy ∭ f d V = ∫ 0 1 ∫ − 2 y − 2 y 2 2 y − 2 y 2 ∫ 1 − y 1 − x 2 − y 2 f ( x , y , z ) d z d x d y
Versione ripasso
Testo (svolto in aula, videolezione di Multivariable Calculus, MIT). Scrivere gli estremi di integrazione, in coordinate cartesiane, per un integrale triplo sulla regione della palla x 2 + y 2 + z 2 ≤ 1 x^2 + y^2 + z^2 \leq 1 x 2 + y 2 + z 2 ≤ 1 che sta sopra il piano z = 1 − y z = 1 - y z = 1 − y .
Metodo: integrazione per fili, vedi Integrali tripli e coordinate cilindriche e sfericheL'integrale triplo ∭R f dV si calcola per fili (prima in z tra due superfici z = φ1(x, y) e z = φ2(x, y), poi un integrale doppio sull'ombra D del solido) o per strati (prima un integrale doppio sulla sezione Rz, poi in z). Volume = ∭R 1 dV. Coordinate cilindriche: dV = r dr dθ dz (simmetria attorno all'asse z); sferiche x = ρ sin φ cos θ, y = ρ sin φ sin θ, z = ρ cos φ: dV = ρ² sin φ dρ dφ dθ (sfere, coni con vertice nell'origine).Integrali tripli e coordinate cilindriche e sferiche → .
In z z z : 1 − y ≤ z ≤ 1 − x 2 − y 2 1 - y \le z \le \sqrt{1 - x^2 - y^2} 1 − y ≤ z ≤ 1 − x 2 − y 2 .
Ombra: 1 − y ≤ 1 − x 2 − y 2 1 - y \le \sqrt{1 - x^2 - y^2} 1 − y ≤ 1 − x 2 − y 2 , al quadrato: x 2 + 2 y 2 − 2 y ≤ 0 x^2 + 2y^2 - 2y \le 0 x 2 + 2 y 2 − 2 y ≤ 0 , ellisse x 2 + 2 ( y − 1 2 ) 2 ≤ 1 2 x^2 + 2\left(y - \frac12\right)^2 \le \frac12 x 2 + 2 ( y − 2 1 ) 2 ≤ 2 1 .
In x x x e y y y : x 2 ≤ 2 y ( 1 − y ) x^2 \le 2y(1 - y) x 2 ≤ 2 y ( 1 − y ) , quindi 0 ≤ y ≤ 1 0 \le y \le 1 0 ≤ y ≤ 1 e ∣ x ∣ ≤ 2 y − 2 y 2 |x| \le \sqrt{2y - 2y^2} ∣ x ∣ ≤ 2 y − 2 y 2 .
∭ f d V = ∫ 0 1 ∫ − 2 y − 2 y 2 2 y − 2 y 2 ∫ 1 − y 1 − x 2 − y 2 f ( x , y , z ) d z d x d y \iiint f\,dV = \int_0^1 \int_{-\sqrt{2y-2y^2}}^{\sqrt{2y-2y^2}} \int_{1-y}^{\sqrt{1-x^2-y^2}} f(x, y, z)\,dz\,dx\,dy ∭ f d V = ∫ 0 1 ∫ − 2 y − 2 y 2 2 y − 2 y 2 ∫ 1 − y 1 − x 2 − y 2 f ( x , y , z ) d z d x d y