用MATLAB计算多元函数的积分

用MATLAB计算多元函数的积分

三重积分的计算最终是化成累次积分来完成的，因此只要能正确的得出各累次积分的积分限，便可在MATLAB中通过多次使用int命令来求得计算结果。但三重积分的积分域 是一个三维空间区域，当其形状较复杂时，要确定各累次积分的积分限会遇到一定困难，此时，可以借助MATLAB的三维绘图命令，先在屏幕上绘出 的三维立体图，然后执行命令 rotate3d on ↙

便可拖动鼠标使 的图形在屏幕上作任意的三维旋转，并且可用下述命令将 的图形向三个坐标平面进行投影：

view(0,0),向XOZ平面投影；

view(90,0),向YOZ平面投影；

view(0,90),向XOY平面投影.

综合运用上述方法，一般应能正确得出各累次积分的积分限。

例11.6.1计算 zdv，其中 是由圆锥曲面z2 x2 y2与平面z=1围成的闭区域

解 首先用MATLAB来绘制 的三维图形，画圆锥曲面的命令可以是：

syms x y z↙

z=sqrt(x^2+y^2); ↙

ezsurf(z,[-1.5,1.5]) ↙

画第二个曲面之前，为保持先画的图形不会被清除，需要执行命令

hold on↙

然后用下述命令就可以将平面z=1与圆锥面的图形画在一个图形窗口内：

[x1,y1]=meshgrid(-1.5:1/4:1.5); ↙

z1=ones(size(x1)); ↙

surf(x1,y1,z1) ↙

于是得到 的三维图形如图

:

由该图很容易将原三重积分化成累次积分：

zdv 1 1dy1

于是可用下述命令求解此三重积分：

clear all↙

syms x y z↙

f=z; ↙

f1=int(f,z.,sqrt(x^2+ y^2),1); ↙

f2=int(f1,x,-sqrt(1- y^2), sqrt(1- y^2)); ↙

int(f2,y,-1,1) ↙

ans=

1/4*pi 计算结果为

4

对于第一类曲线积分和第一类曲面积分，其计算都归结为求解特定形式的定积分和二重积分，因此可完全类似的使用int命令进行计算，并可用diff命令求解中间所需的各偏导数。 例11.6.2用MATLAB求解教材例11.3.1

解 求解过程如下

syms a b t↙

x=a*cos(t); ↙

y=a*sin(t); ↙

z=b*t; ↙

f=x^2 +y^2+z^2; ↙

xt=diff(x,t); ↙

yt=diff(y,t); ↙

zt=diff(z,t); ↙

int(f*sqrt(xt^2 +yt^2+zt^2),t,0,2*pi) ↙

ans=

2/3*( a^2 +b^2)^1/2*a^2*pi+8/3*( a^2 +b^2)^1/2*b^2*pi^3

对此结果可用factor命令进行合并化简：

factor（ans）

ans=

2/3*( a^2 +b^2)^1/2*pi*(3* a^2 +4*b^2*pi^2)

例11.6.3用MATLAB求解教材例11.4.1

解 求解过程如下

syms x y z1 z2↙

f= x^2 +y^2; ↙

z1=sqrt(x^2 +y^2); ↙

z2=1; ↙

z1x=diff(z1,x); ↙

z1y=diff(z1,y); ↙

z2x=diff(z2,x); ↙

z2y=diff(z2,y); ↙

f1=f*sqrt(1+z1x^2 +z1y^2); ↙

f2=f*sqrt(1+z2x^2 +z2y^2); ↙

fy=int(f1+f2,x,-sqrt(1-y^2), -sqrt(1-y^2)); ↙ factor(intt(fy,y,-1,1)) ↙

ans=

1/2*pi*(2^(1/2)+1)

计算结果为

21).