多元函数 / 三重积分
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三重积分

本页给出标准定义、定理条件、可执行步骤,并用图示梳理从识别到应用的关系。

一、基本概念

标准定义

三重积分 ∭_Ω f(x,y,z)dV 是在空间区域 Ω 上按体积元累加;f=1 时得到体积。

dV → 投影+截面 → 柱/球坐标

二、基本定理

条件与结论

在 f 在 Ω 上可积时,Fubini 定理允许按合法次序写成三次累次积分;坐标变换还需乘体积 Jacobian。

条件检查

定理只在上述连续性、可导性、定义域、方向或收敛条件满足时使用。

三、基本方法

题目中的执行顺序
  1. 画投影和截面,确定每个变量的上下界。
  2. 根据区域边界选择直角、柱或球坐标。
  3. 写出 dV 并检查投影是否覆盖一次。

例题提示:三维边界写错比积分运算错误更常见;柱坐标要有 r,球坐标要有 ρ²sinφ。

四、推广应用

综合题中的连接

可推广到质量、转动惯量、通量和体积计算。

五、易错辨析

反例与边界

易错与例子:三维边界写错比积分运算错误更常见;柱坐标要有 r,球坐标要有 ρ²sinφ。

检查条件、变量/方向、边界与等号条件,再确认结论没有超出题设。

三重积分:从定义到应用dV投影+截面柱/球坐标
三重积分的识别、条件核对与计算路径

公式速查

公式、条件、场景

链式法则与全微分

z=f(u,v):zx=fuux+fvvx
dz=fxdx+fydy

条件:变量关系可微;偏导时固定其余自变量。

场景:复合函数、隐函数和方向导数。

极值判别

D=fxxfyy−fxy²
D>0,fxx>0:极小
D>0,fxx<0:极大;D<0:鞍点

条件:先求全部驻点;D=0 无结论。

场景:局部极值、闭区域最值和约束极值。

重积分与坐标

dA=r dr dθ
dV=r dz dr dθ
dV=ρ²sinφ dρ dφ dθ

条件:换坐标时同时替换区域、函数和体积元。

场景:圆、球、旋转体和三重积分。

积分定理

Green:∮Pdx+Qdy=∬(Qx−Py)dA
Gauss:∯F·n dS=∭div F dV

条件:闭合边界、方向和光滑性满足定理要求。

场景:环流、通量和边界积分化简。

使用边界

公式必须和适用条件一起使用;遇到边界、端点、方向或定义域问题,先检查条件再代入。