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

E(2x4yz)dV\iiint_E (2x-4yz)\,dV

在區域

E={(x,y,z)2x3,  0y2x4,  0z5x+5y3}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 dzdydxdz\,dy\,dx 排好了:

    2302x405x+5y3(2x4yz)dzdydx\int_{2}^{3}\int_{0}^{2x-4}\int_{0}^{5x+5y-3}(2x-4yz)\,dz\,dy\,dx

  2. 先對 zz 積分。xxyy 視為常數。一個反導函數是 2xz2yz22xz - 2yz^2,所以從 00 積到 5x+5y35x+5y-3

    2x(5x+5y3)2y(5x+5y3)22x(5x+5y-3)-2y(5x+5y-3)^2

  3. 把被積式展開。(5x+5y3)2=25x2+25y2+9+50xy30x30y(5x+5y-3)^2 = 25x^2+25y^2+9+50xy-30x-30y,中括號內成為

    10x2+70xy6x50x2y100xy2+60y250y318y10x^2+70xy-6x-50x^2y-100xy^2+60y^2-50y^3-18y

  4. yy00 積到 a=2x4a = 2x-4 一個反導函數是

    (10x26x)y+35xy225x2y2100x3y3+20y3252y49y2(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=2x4a = 2x-4x=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(2x4yz)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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