15.5-bo'lim : Uch karrali integrallar
5. \( \displaystyle \iiint\limits_{E}{{12y - 8x\,dV}}\) ni baholang, bunda \(E\) \(y = 10 - 2z\) orqasidagi va \(xz\) tekisligidagi mintaqa oldidagi \(z = 2x\), \(z = 5\) va \(x = 0\) bilan chegaralangan.
Yechim
Mayli, keling, \(E\) hududining qisqacha chizmasidan boshlaylik, shunda biz nima bilan shug'ullanayotganimizni his qila olamiz.


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.
Mintaqaning yuqori qismi (sariq rangli sirt) muammo bayonotida berilgan \(xz\) tekisligi mintaqasi oldida joylashgan \(y = 10 - 2z\) qismining grafigi.
Qizil sirt \(z = 2x\) tomonidan aniqlangan tekislikdir. Bu \(xz\)-tekisligini \(z = 2x\) chizig'ida kesib o'tuvchi va yuqorida \(y = 10 - 2z\) yuzasi bilan chegaralangan tekislikdir.
2-qadam
\(xz\) tekisligidagi \(z = 2x\), \(z = 5\) va \(x = 0\) bilan chegaralangan, muammo bayonida havola qilingan mintaqa \(D\) hududidir va shuning uchun biz bilamizki, bu muammoni hal qilish uchun avval \(y\) ni birlashtirishimiz kerak (chunki MATH36X da \(xz\)-samolyot).
Shuning uchun bizda \(y\) uchun quyidagi limitlar mavjud.
\[0 \le y \le 10 - 2z\]ushbu limitlar bilan biz uch karra integralni ham hech bo'lmaganda qisman quyidagicha o'rnatishimiz mumkin.
\[\iiint\limits_{E}{{12y - 8x\,dV}} = \iint\limits_{D}{{\left[ {\int_{0}^{{10 - 2z}}{{12y - 8x\,dy}}} \right]\,dA}}\]3-qadam
Keyinchalik, biz integralni sozlashni tugatishimiz uchun \(D\) uchun limitlar kerak bo'ladi. Ushbu muammo uchun \(D\) yuqorida ta'kidlaganimizdek, muammo bayonotidagi \(xz\) tekisligidagi mintaqadir.
Mana \(D\) ning qisqacha eskizi.

Bu mintaqani o'ylashning yana bir usuli shundaki, u 1-bosqichda chizilgan qattiq jismning "orqasi" va biz 1-bosqichda chizilgan qattiq narsa bu mintaqaning orqasida. Boshqacha qilib aytganda, musbat y o'qi to'g'ridan-to'g'ri sahifaga qaytadi, salbiy \(y\) o'qi esa to'g'ridan-to'g'ri sahifadan chiqadi.
\(D\) eskizida ta'kidlanganidek, biz quyidagi chegaralar to'plamidan birini osongina aniqlashimiz mumkin.
\[\begin{array}{*{20}{c}}\begin{aligned}& \,\,\,0 \le x \le \frac{5}{2}\\ & 2x \le z \le 5\end{aligned}&{\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{\mbox{OR}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,}&\begin{aligned} & \,\, 0 \le z \le 5\\ & 0 \le x \le \frac{1}{2}z\end{aligned}\end{array}\]Integrand ulardan biri boshqasidan osonroq bo'lishini anglatmaydi, shuning uchun biz 2 dan foydalanamiznd Boshqa sabablarga ko'ra chegaralar to'plami ikkalasining pastki chegaralari nolga teng bo'lib, integratsiya jarayonida narsalarni biroz chiroyli qilishi mumkin.
ushbu limitlar bizda mavjud integralga ulangan holda,
\[\iiint\limits_{E}{{12y - 8x\,dV}} = \int_{0}^{5}{{\int_{0}^{{\frac{1}{2}z}}{{\int_{0}^{{10 - 2z}}{{12y - 8x\,dy}}\,dx}}\,dz}}\]4-qadam
OK, endi biz qilishimiz kerak bo'lgan narsa - bu integralni baholash. Mana \(y\) integratsiyasi.
\[\begin{align*}\iiint\limits_{E}{{12y - 8x\,dV}} & = \int_{0}^{5}{{\int_{0}^{{\frac{1}{2}z}}{{\left. {\left( {6{y^2} - 8xy} \right)} \right|_0^{10 - 2z}\,dx}}\,dz}}\\ & = \int_{0}^{5}{{\int_{0}^{{\frac{1}{2}z}}{{6{{\left( {10 - 2z} \right)}^2} - 8x\left( {10 - 2z} \right)\,dx}}\,dz}}\end{align*}\]E'tibor bering, biz bu erda hech qanday soddalashtirmadik, chunki biz biron bir soddalashtirishni amalga oshirishimiz kerakligi hali aniq emas. Keyingi integratsiya \(x\) bilan bog'liq va birinchi atama integratsiyaga tegishli bo'lsa, konstanta hisoblanadi va ikkinchi atama \(x\) bilan ko'paytiriladi va shuning uchun \(x\) integratsiyasi uchun uni shu shaklda qoldirish osonroq bo'ladi.
5-qadam
Endi \(x\) integratsiyasini bajaramiz.
\[\begin{align*}\iiint\limits_{E}{{12y - 8x\,dV}} & = \int_{0}^{5}{{\left. {\left[ {6{{\left( {10 - 2z} \right)}^2}x - 4{x^2}\left( {10 - 2z} \right)} \right]} \right|_0^{\frac{1}{2}z}\,dz}}\\ & = \int_{0}^{5}{{3z{{\left( {10 - 2z} \right)}^2} - {z^2}\left( {10 - 2z} \right)\,dz}}\\ & = \int_{0}^{5}{{14{z^3} - 130{z^2} + 300z\,dz}}\end{align*}\]6-qadam
Va nihoyat, \(z\) integratsiyasini amalga oshiramiz.
\[\iiint\limits_{E}{{12y - 8x\,dV}} = \left. {\left( {\frac{7}{2}{z^4} - \frac{{130}}{3}{z^3} + 150{z^2}} \right)} \right|_0^5 = \require{bbox} \bbox[2pt,border:1px solid black]{{\frac{{3125}}{6}}}\]Shunday qilib, biz barcha limitlarni o'rnatganimizdan so'ng, bu muammo uchun integratsiya unchalik yomon emas edi. Ko'pincha bu muammolar bilan shunday bo'ladi. O'rnatilgan integrallar uchun chegaralarni olish muammoning eng qiyin qismi bo'ladi, lekin har doim emas. Ular o'rnatilgach, integratsiya odatda juda oddiy.