of 30 /30
Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas Integrales Triples Hermes Pantoja Carhuavilca Facultad de Ingenier´ ıa Industrial Universidad Nacional Mayor de San Marcos Matematica II Hermes Pantoja Carhuavilca 1 de 30

Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

  • Upload
    lamtram

  • View
    267

  • Download
    3

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

Integrales Triples

Hermes Pantoja Carhuavilca

Facultad de Ingenierıa IndustrialUniversidad Nacional Mayor de San Marcos

Matematica II

Hermes Pantoja Carhuavilca 1 de 30

Page 2: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

CONTENIDO

Integrales TriplesIntroduccion

Centro de Masa y Momento de Inercia

Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas

Coordenadas Cilindricas

Hermes Pantoja Carhuavilca 2 de 30

Page 3: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

DEFINICION

DefinicionLa integral triple de f sobre la caja B es

∫∫∫B

f (x, y, z)dV = lıml,m,n→∞

l∑i=1

m∑j=1

n∑k=1

f (x∗ijk, y∗ijk, z

∗ijk)∆V

si el lımite existe.

Integrales Triples Hermes Pantoja Carhuavilca 3 de 30

Page 4: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

INTEGRAL TRIPLE

Integrales Triples Hermes Pantoja Carhuavilca 4 de 30

Page 5: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

VOLUMEN DE UN SOLIDO E

f (x, y, z) = 1

Volumen(E)=∫∫∫

EdV

Integrales Triples Hermes Pantoja Carhuavilca 5 de 30

Page 6: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

Teorema (Teorema de Fubini)Si f es continua sobre la caja rectangular B = [a, b]× [c, d]× [r, s]entonces ∫∫∫

Bf (x, y, z)dV =

∫ s

r

∫ d

c

∫ b

af (x, y, z)dxdydz

Ejemplo

Evaluar la integral triple∫∫∫

Bxyz2dV donde B esta dado por

B = {(x, y, z) / 0 ≤ x ≤ 1, −1 ≤ y ≤ 2, 0 ≤ z ≤ 3}

Integrales Triples Hermes Pantoja Carhuavilca 6 de 30

Page 7: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

INTREGALES TRIPLES SOBRE REGIONES ACOTADAS

E = {(x, y, z) / (x, y) ∈ D, u1(x, y) ≤ z ≤ u2(x, y)}∫∫∫E

f (x, y, z)dV =∫∫

D

[∫ u2(x,y)

u1(x,y)f (x, y, z)dz

]dA

Integrales Triples Hermes Pantoja Carhuavilca 7 de 30

Page 8: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

INTREGALES TRIPLES SOBRE REGIONES ACOTADAS

E = {(x, y, z) / a ≤ x ≤ b, g1(x) ≤ y ≤ g2(x), u1(x, y) ≤ z ≤ u2(x, y)}∫∫∫E

f (x, y, z)dV =∫ b

a

∫ g2(x)

g1(x)

∫ u2(x,y)

u1(x,y)f (x, y, z)dzdydx

Integrales Triples Hermes Pantoja Carhuavilca 8 de 30

Page 9: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

INTREGALES TRIPLES SOBRE REGIONES ACOTADAS

E = {(x, y, z) / c ≤ y ≤ d, h1(y) ≤ x ≤ h2(y), u1(x, y) ≤ z ≤ u2(x, y)}∫∫∫E

f (x, y, z)dV =∫ d

c

∫ h2(y)

h1(y)

∫ u2(x,y)

u1(x,y)f (x, y, z)dzdxdy

Integrales Triples Hermes Pantoja Carhuavilca 9 de 30

Page 10: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

Ejemplo

Evaluar∫∫∫

QzdV, donde Q es el tetraedro acotado por los planos

x = 0, y = 0, z = 0 ; x + y + z = 1

Integrales Triples Hermes Pantoja Carhuavilca 10 de 30

Page 11: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

EJERCICIO 1

EjercicioEvalue la integral ∫∫∫

E2ydV

Si E es el solido acotado por los planos x + 2y + z = 4, x = 0, y = 0,z = 0

Integrales Triples Hermes Pantoja Carhuavilca 11 de 30

Page 12: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

EJERCICIO 2

EjercicioEvalue la integral ∫∫∫

Ey cos(x + z)dV

Si E es el solido acotado por el cilindro x = y2 y los planosx + z = π/2, y = 0, z = 0

Integrales Triples Hermes Pantoja Carhuavilca 12 de 30

Page 13: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

INTREGALES TRIPLES SOBRE REGIONES ACOTADAS

E = {(x, y, z) / (y, z) ∈ D, u1(y, z) ≤ x ≤ u2(y, z)}∫∫∫E

f (x, y, z)dV =∫∫

D

[∫ u2(y,z)

u1(y,z)f (x, y, z)dx

]dA

Integrales Triples Hermes Pantoja Carhuavilca 13 de 30

Page 14: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

INTREGALES TRIPLES SOBRE REGIONES ACOTADAS

E = {(x, y, z) / (x, z) ∈ D, u1(x, z) ≤ y ≤ u2(x, z)}∫∫∫E

f (x, y, z)dV =∫∫

D

[∫ u2(x,z)

u1(x,z)f (x, y, z)dy

]dA

Integrales Triples Hermes Pantoja Carhuavilca 14 de 30

Page 15: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

CENTRO DE MASA Y MOMENTO DE INERCIAMasa de un Solido

m =∫∫∫

Qρ(x, y, z)dV

MomentosMyz =

∫Q

xρ(x, y, z)dV

Mxz =∫

Qyρ(x, y, z)dV

Mxy =∫

Qzρ(x, y, z)dV

y Centro de Masa (x, y, z)

x =Myz

m, y = Mxz

m, z =

Mxy

m

Centro de Masa y Momento de Inercia Hermes Pantoja Carhuavilca 15 de 30

Page 16: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

EJEMPLO

EjemploEncontrar el centro de masa de un solido de densidad constante que esacotada por el cilindro parabolico x = y2 y los planos x = z ,z = 0;,x = 1.

Centro de Masa y Momento de Inercia Hermes Pantoja Carhuavilca 16 de 30

Page 17: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

SOLUCION

Centro de Masa y Momento de Inercia Hermes Pantoja Carhuavilca 17 de 30

Page 18: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

INTEGRALES TRIPLES EN COORDENADAS

CILINDRICAS

r ≥ 0, 0 ≤ θ < 2π

x = r cos θ, x2 + y2 = r2

y = r sin θ, tan θ = yxz = z, z = z

Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Hermes Pantoja Carhuavilca 18 de 30

Page 19: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

Ejemplo1. Coordenadas Cilindricas (2, 2π/3, 1) a Coordenadas

Rectangulares.2. Coordenadas Rectangulares (3,−3,−7) a Coordenadas

Cilindricas.

Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Hermes Pantoja Carhuavilca 19 de 30

Page 20: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

COORDENADAS CILINDRICAS

Coordenadas Cilindricas Hermes Pantoja Carhuavilca 20 de 30

Page 21: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

COORDENADAS CILINDRICAS

Diferencial de volumen en coordenadas cilindricas

∆V = r∆r∆θ∆z

Coordenadas Cilindricas Hermes Pantoja Carhuavilca 21 de 30

Page 22: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

COORDENADAS CILINDRICAS

E = {(x, y, z) / (x, y) ∈ D, u1(x, y) ≤ z ≤ u2(x, y)}

donde:

D = {(r, θ) / α ≤ θ ≤ β, h1(θ) ≤ r ≤ h2(θ)}

Coordenadas Cilindricas Hermes Pantoja Carhuavilca 22 de 30

Page 23: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

COORDENADAS CILINDRICAS

Evaluacion de la integral triple en coordenadas cilindricas

∫∫∫E

f (x, y, z)dV =∫∫

R

[∫ u2(r,θ)

u1(r,θ)f (r cos θ, r sin θ, z)dz

]dA

Coordenadas Cilindricas Hermes Pantoja Carhuavilca 23 de 30

Page 24: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

EjemploHallar el volumen de la region solida Q que corta en la esfera

x2 + y2 + z2 = 4

el cilindro r = 2 sin θ, como se muestra en la figura.

Coordenadas Cilindricas Hermes Pantoja Carhuavilca 24 de 30

Page 25: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

JACOBIANO

x = r cos θy = r sin θz = z

J(r, θ, z) = ∂(x, y, z)∂(r, θ, z) = det

cos θ −r sin θ 0sin θ r cos θ 00 0 1

= r

Coordenadas Cilindricas Hermes Pantoja Carhuavilca 25 de 30

Page 26: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

EjemploEvaluar ∫ 2

−2

∫ √4−x2

−√

4−x2

∫ 2√

x2+y2(x2 + y2)dzdydx

Coordenadas Cilindricas Hermes Pantoja Carhuavilca 26 de 30

Page 27: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

SOLUCION

Coordenadas Cilindricas Hermes Pantoja Carhuavilca 27 de 30

Page 28: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

COORDENADAS ESFERICAS

Coordenadas Cilindricas Hermes Pantoja Carhuavilca 28 de 30

Page 29: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

Coordenadas Cilindricas Hermes Pantoja Carhuavilca 29 de 30

Page 30: Integrales Triples - Hermes-Yesserhermes22.yolasite.com/resources/clase_integral_triple.pdf · Integrales TriplesCentro de Masa y Momento de InerciaIntegrales Triples en Coordenadas

Integrales Triples Centro de Masa y Momento de Inercia Integrales Triples en Coordenadas Cilindricas Coordenadas Cilindricas

CAMBIO DE VARIABLE

Coordenadas Cilindricas Hermes Pantoja Carhuavilca 30 de 30