01 Całka podwójna w prostokącie


CAAKA PODWÓJNA W PROSTOKCIE
Niech
P = {(x, y): a Ł x Ł b,c Ł y Ł d}
f : P R
f  funkcja ograniczona
y
d
P1
P P3 P
2
Pk
Pn
c
b
a x
Dn
Tworzymy następujący podział prostokąta P i oznaczamy .
Pk
" prostokąt P dzielimy na n prostokatów o polach Ds , k =1,..., n
k
Pk
" w każdym z prostokatów wybieramy punkt Ak(xk , yk ) Pk
" następnie tworzymy sumę całkową
n
Sn = f (xk , yk )Ds
k
k =1
Wprowadzamy oznaczenia
d  długość przekątnej prostokąta P
k k
dk  średnica podziału , gdzie jest największą długością przekątnej;
Dn dk
dn := mk Łn dk
ax

Tworzymy ciąg podziałów prostokąta P.
(Dn)
nN
Definicja
Ciąg nazywamy ciągiem normalnym podziałów, jeśli odpowiadający mu ciąg średnic
(Dn )
nN
dąży do 0, tzn.
sn nĄ0


Definicja (całki podwójnej)
Jeśli dla każdego ciągu normalnego podziałów prostokąta P ciąg sum całkowych jest
(Sn)
nN
zbieżny do tej samej granicy właściwej, niezależnej od wyboru punktów A , to granicę tę
k
f (x, y)
nazywamy całką podwójną funkcji w prostokącie P i oznaczamy
f (x, y)ds

P
Zatem
f (x, y)ds := lim0 Sn
.

dn
P
1
Uwaga
f (x, y)
Ograniczoność funkcji jest warunkiem koniecznym istnienia całki, lecz nie jest to
warunek wystarczający.
Twierdzenie (o całkowalności funkcji dwóch zmiennych)
f (x, y)
Z:  funkcja ograniczona w prostokącie P oraz ciągła poza zbiorem miary 0,
tzn. poza zbiorem punktów, który można pokryć skończoną liczbą prostokątów
o dowolnie małej sumie pól (mniejszej niż ).
T: f jest całkowalna w prostokącie P.
Wniosek
Z twierdzenia wynika:
1
f  ciągła w P z wyjątkiem punktów położonych na krzywej, będącej wykresem
funkcji
y = j(x), gdzie j C([a,b])

f  całkowalna w P
y
Uzasadnienie:
{(x,j(x)): x [a,b]}
zbiór jest zbiorem miary
P
y=Ć(x)
zero (można go pokryć skończoną liczbą
prostokątów o dowolnie małych polach)
x
b
a
2
f  ciągła w P z wyjątkiem punktów położonych na krzywej, będącej wykresem
funkcji x =y (y), gdzie y C([c, d])

f  całkowalna w P
y
c
P
x=(y)
d
x
Wniosek
Funkcja może nie być ciągła na brzegu prostokąta, a mimo to będzie całkowalna.
opracował Mateusz Targosz
2


Wyszukiwarka