15.6-bo'lim : Silindrsimon koordinatalarda uch karrali integrallar
4. \(x \le 0\) bilan \({x^2} + {y^2} = 3\) silindr ichidagi \(z = 6 - x\) ostida, \(z = - \sqrt {4{x^2} + 4{y^2}} \) ustidagi mintaqa hajmini aniqlash uchun uch karrali integraldan foydalaning.
Yechim
Mayli, keling, \(E\) hududining qisqacha chizmasidan boshlaylik, shunda biz nima bilan shug'ullanayotganimizni his qilishimiz mumkin.
Mana, \(E\) eskizi.


Biz "an'anaviy" o'qlar to'plami bilan bir qatorda "quti" o'qlari to'plami bilan eskizlarni berdik, bu sirt va mintaqani tasavvur qilishda yordam beradi.
\(z = 6 - x\) samolyoti silindrdagi yuqori "qopqoq" va \(z = - \sqrt {4{x^2} + 4{y^2}} \) konus silindrdagi pastki "qopqoq" hisoblanadi. Muammo bayonotining \(x \le 0\) qismi tufayli bizda silindrning faqat yarmi bor.
2-qadam
Bu qattiq jismning hajmi quyidagicha ifodalanadi:
\[V = \iiint\limits_{E}{{dV}}\]3-qadam
Shunday qilib, eskizdan umid qilamanki, \(D\) mintaqasi \(xy\) tekisligida bo'ladi va shuning uchun biz avval \(z\) bilan integratsiya qilishimiz kerak. Bu shuni anglatadiki, \(z\) chegaralari,
\[ - \sqrt {4{x^2} + 4{y^2}} \le z \le 6 - x\]4-qadam
Ushbu muammo uchun \(D\) shunchaki \({x^2} + {y^2} \le \sqrt 3 \) diskining \(x \le 0\) bilan bir qismidir. Mana, chegaralar bilan yordam berish uchun \(D\) ning qisqacha eskizi.

\(D\) aniq diskning bir qismi bo'lgani uchun biz silindrsimon koordinatalardan foydalanamiz. Shunday qilib, bu muammoning silindrsimon koordinatalari.
\[\begin{array}{c}\displaystyle \frac{\pi }{2} \le \theta \le \frac{{3\pi }}{2}\\ 0 \le r \le \sqrt 3 \\ - 2r \le z \le 6 - r\cos \theta \end{array}\]\(z\) chegaralarini silindrsimon koordinatalarga aylantirishni unutmang.
5-qadam
ushbu limitlarni integralga kiritish va silindrsimon koordinatalarga aylantirish,
\[V = \iiint\limits_{E}{{\,dV}} = \int_{{\frac{\pi }{2}}}^{{\frac{{3\pi }}{2}}}{{\int_{0}^{{\sqrt 3 }}{{\int_{{ - 2r}}^{{6 - r\cos \theta }}{{r\,dz}}\,dr}}\,d\theta }}\]Shuni unutmangki, \(dV = r\,dx\,dr\,d\theta \) va shuning uchun biz \(dV\) ni silindrsimon koordinatalarga o'tkazishda \(r\)ni olamiz.
6-qadam
OK, endi biz qilishimiz kerak bo'lgan narsa - bu integralni baholash. Mana \(z\) integratsiyasi.
\[\begin{align*}V & = \int_{{\frac{\pi }{2}}}^{{\frac{{3\pi }}{2}}}{{\int_{0}^{{\sqrt 3 }}{{\left. {\left( {rz} \right)} \right|_{ - 2r}^{6 - r\cos \theta }\,dr}}\,d\theta }}\\ & = \int_{{\frac{\pi }{2}}}^{{\frac{{3\pi }}{2}}}{{\int_{0}^{{\sqrt 3 }}{{6r - {r^2}\cos \theta + 2{r^2}\,dr}}\,d\theta }}\end{align*}\]7-qadam
Keling, \(r\) integratsiyasini amalga oshiramiz.
\[\begin{align*}V & = \int_{{\frac{\pi }{2}}}^{{\frac{{3\pi }}{2}}}{{\left. {\left( {3{r^2} - \frac{1}{3}{r^3}\cos \theta + \frac{2}{3}{r^3}} \right)} \right|_0^{\sqrt 3 }\,d\theta }}\\ & = \int_{{\frac{\pi }{2}}}^{{\frac{{3\pi }}{2}}}{{9 - \sqrt 3 \cos \theta + 2\sqrt 3 \,d\theta }}\end{align*}\]8-qadam
Nihoyat, biz \(\theta \) integratsiyasini amalga oshiramiz.
\[V = \left. {\left( {9\theta + 2\sqrt 3 \theta - \sqrt 3 \sin \theta } \right)} \right|_{\frac{\pi }{2}}^{\frac{{3\pi }}{2}} = \require{bbox} \bbox[2pt,border:1px solid black]{{2\sqrt 3 + \left( {9 + 2\sqrt 3 } \right)\pi = 42.6212}}\]