fx|微积分的基本思想,三重积分在现实生活中的作用( 三 )
那么 , 这里有一个问题:我如何求出这整张照片的总热量?答案是我们用二重积分 。 我们在x轴和y轴上积分 , 然后把整个照片的温度加起来 。 总热量等于上面三维图的体积 。
这似乎令人困惑 , 因为这张照片是二维的 , 而如前所述 , 双积分是用来求三维形状的体积的 。 但我们需要改变对 \"维度 \"的思考方式 。 我们通常认为维度是空间维度 。 然而 , 一个 \"维度 \"实际上只是指与一个点相关的数值 。 一个维度不一定是空间中的一个方向 。
现实世界中的三重积分回到三重积分的话题 。 比方说 , 你有一间形状像盒子的卧室 。 暖气口可能只在房间的一个角落 , 所以热量并没有均匀地分布在整个房间 。 温度在通风口附近会很高 , 在与通风口相对的角落会很低 , 以此类推 。 房间里任何一个点的热量都由某个函数f(xyz)给出 。
如果我想把房间里的所有热量加起来 , 我该怎么做?
很明显 , 房间里有三个空间维度 。 但同样 , 温度也算作一个维度 , 因为它是一个与点相关的数字 。 所以这个问题发生在4个维度上:宽度、长度、高度和温度 。
由于有4个维度 , 我们将使用三重积分 。
让我们先把房间可视化 。 这就是一个三维房间的热量图 。
如前所述 , 如果你看这个房间 , 温度是盒子内一个点的x、y和z坐标的函数 。 这个函数是f(xyz) 。
我们将从Z轴上的积分开始 , 把盒子分成许多平行于地面的“切片” 。
乍看起来 , 我好像把房间分成了一堆二维的切片 , 但请记住 , 温度也是一个维度 。 我实际上是把房间切成了一堆二维的温度图 。 而正如我们所讨论的 , 二维温度图有三个维度 。
接下来 , 我们要对y积分 , 把热图分成许多小片 , 就像我们对面包做的那样:
最后 , 我们将把每一个切片沿着X轴划分成许多小矩形 。
这样 , 我们可以准确地把这个房间里的所有热量加起来 。 我们沿Z轴将房间分成热图 , 然后沿Y轴将热图分成片状 , 再沿X轴将片状分成矩形 。 我们把这称为三重积分 。 它是这样写的:
“dz” 是z的变化 , \"dy \"是y的变化 , 而 \"dx \"是x的变化 。
使用这个三重积分 , 我们可以求出3维房间里的总热量 。 如果一个 \"维度 \"可以指空间维度以外的东西 , 我们就会发现三重积分有很多应用 。 我们可以求出一些三维物体的总惯性 , 或者篮球的引力 。
结论简而言之 。 就数学而言 , 一个维度不一定是指空间 。 它可以指任何数值 , 如温度、惯性、或湿度 。
- 在一重积分中 , 我们对一个变量进行积分 , 以求得一个二维图形的面积 。
- 在二重分中 , 我们通过对两个变量的积分来求得一个三维形状的体积 。
- 在三重积分中 , 我们对3个变量进行积分 , 以求得一个四维图形的体积 。
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