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Calculus · real student question

求 4x^2·z^3·y 的三重积分,其中 x 从 2 到 3,y 从 1 到 2,z 从 0 到 1。

Question

计算三重积分

∫01 ⁣ ⁣∫12 ⁣ ⁣∫234x2z3y dx dy dz\int_{0}^{1}\!\!\int_{1}^{2}\!\!\int_{2}^{3}4x^2z^3y\,dx\,dy\,dz

Step-by-step solution

  1. 先注意到被积函数是可以分离的。 4x2z3y4x^2z^3y 是 (4x2)⋅(y)⋅(z3)\left(4x^2\right)\cdot(y)\cdot\left(z^3\right) 这样的乘积,每个变量各占一个因子,而积分区域是长方体,每个变量的上下限都是常数。同时满足这两个条件时,三重积分就分解成三个一元积分的乘积。

  2. 对 xx 从 2 积到 3。 ∫234x2 dx=[4x33]23=4(27−8)3=763\displaystyle\int_2^3 4x^2\,dx=\left[\frac{4x^3}{3}\right]_2^3=\frac{4(27-8)}{3}=\frac{76}{3}。

  3. 对 yy 从 1 积到 2。 ∫12y dy=[y22]12=4−12=32\displaystyle\int_1^2 y\,dy=\left[\frac{y^2}{2}\right]_1^2=\frac{4-1}{2}=\frac32。

  4. 对 zz 从 0 积到 1。 ∫01z3 dz=[z44]01=14\displaystyle\int_0^1 z^3\,dz=\left[\frac{z^4}{4}\right]_0^1=\frac14。

  5. 把三个结果乘起来。 763⋅32⋅14=768=192=9.5\frac{76}{3}\cdot\frac32\cdot\frac14=\frac{76}{8}=\frac{19}{2}=9.5。

  6. 数值验证。 对同一个累次积分做嵌套的复合辛普森计算,返回 9.4999999…9.4999999\ldots,与精确值 192\tfrac{19}{2} 在七位有效数字上一致。

Answer

192\frac{19}{2}

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