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Calculus · real student question

求 2x 減 4yz 在區域 E 上的三重積分,其中 2 小於等於 x 小於等於 3、0 小於等於 y 小於等於 2x−4、0 小於等於 z 小於等於 5x+5y−3。

Question

求

∭E(2x−4yz) dV\iiint_E (2x-4yz)\,dV

在區域

E={(x,y,z)∣2≤x≤3,  0≤y≤2x−4,  0≤z≤5x+5y−3}E=\{(x,y,z)\mid 2\le x\le 3,\;0\le y\le 2x-4,\;0\le z\le 5x+5y-3\}

上的值。

Step-by-step solution

  1. 從區域的描述直接讀出積分順序。 每個上下限都只依賴排在它左邊的變數,所以區域已經按 dz dy dxdz\,dy\,dx 排好了:

    ∫23∫02x−4∫05x+5y−3(2x−4yz) dz dy dx\int_{2}^{3}\int_{0}^{2x-4}\int_{0}^{5x+5y-3}(2x-4yz)\,dz\,dy\,dx

  2. 先對 zz 積分。 把 xx 與 yy 視為常數。一個反導函數是 2xz−2yz22xz - 2yz^2,所以從 00 積到 5x+5y−35x+5y-3 得

    2x(5x+5y−3)−2y(5x+5y−3)22x(5x+5y-3)-2y(5x+5y-3)^2

  3. 把被積式展開。 由 (5x+5y−3)2=25x2+25y2+9+50xy−30x−30y(5x+5y-3)^2 = 25x^2+25y^2+9+50xy-30x-30y,中括號內成為

    10x2+70xy−6x−50x2y−100xy2+60y2−50y3−18y10x^2+70xy-6x-50x^2y-100xy^2+60y^2-50y^3-18y

  4. 對 yy 從 00 積到 a=2x−4a = 2x-4。 一個反導函數是

    (10x2−6x)y+35xy2−25x2y2−100x3y3+20y3−252y4−9y2(10x^2-6x)y+35xy^2-25x^2y^2-\tfrac{100x}{3}y^3+20y^3-\tfrac{25}{2}y^4-9y^2

    代入 y=ay=a 之後只剩下一個純 xx 的多項式(y=0y=0 那一端沒有貢獻)。

  5. 收尾前記下一個好用的檢查。 因為 a=2x−4a = 2x-4 在 x=2x=2 處為零,整個被積式在下限處也應該為零 —— 如果你的式子不是這樣,上面的代數某處就出錯了。

  6. 把得到的 xx 多項式從 22 積到 33。 每一項都是 xx 的冪次,所以最後這一步是例行公事。全程用精確有理數運算,得

    ∭E(2x−4yz) dV=−268\iiint_E (2x-4yz)\,dV = -268

  7. 重點提醒。 這題真正的難處只在帳目管理:按不等式所指定的順序積分、一次代一個上下限、進到下一個變數之前先完整展開。全程保留精確分數 —— 三重積分中途四捨五入,正是大多數正負號與數量級錯誤的來源。

Answer

−268-268

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