14.16
多重积分是计算区域上物理量的基本工具,例如椭圆平板的总质量。
椭圆的方程定义了该区域的边界。为了求出总质量,必须对边界内每一点的密度函数进行积分。
在标准的直角坐标系中,该边界会产生涉及复杂平方根函数的复杂积分限,难以求解。
为了简化计算,采用变量替换。通过代入 x = au 和 y = bv,将椭圆边界变换为 uv 平面上的单位圆。
这种变换会使区域发生形变,因此积分需使用变量 u 和 v 重新表示,并引入由坐标变换得到的雅可比行列式。
接下来,为了进一步简化对圆形区域的积分,将变量转换为极坐标。
此步骤引入了第二个雅可比因子 r,用于考虑圆形扇区的几何特性。
通过引入新函数并同时引入雅可比修正因子,椭圆问题被转化为具有恒定积分限的简单计算。
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