Положение точки в пространстве задают координатами, отличными от декартовых. Наиболее употребительной системой является цилиндрическая система (рис. 1.23), где r и – полярные координаты точки Р (проекции М на плоскость xОy и аппликатой z).
Координаты называются цилиндрическими. Связь этих координат с декартовыми дается формулами:
(1.65)
Фактически мы уже использовали цилиндрические координаты, решая пример в разд. 1.2.4 (точка лежит на поверхности цилиндра).
Другой вид координат – сферические координаты (рис. 1.24). Положение точки M задается её расстоянием R от начала координат, полярным углом проекции Р на xОy и углом между осью ОZ и радиус-вектором ОМ (точка лежит на поверхности сферы):
Связь между декартовыми (x, y, z) и сферическими координатами точки М:
(1.66)
Тройной интеграл в цилиндрических координатах имеет вид:
(1.67)
Тройной интеграл в сферических координатах:
(1.68)
Можно выбрать конкретный порядок интегрирования, например:
(1.69)
При выборе других порядков интегрирования можно записать и другие формулы.
Для сферической системы координат расстановку пределов в общем случае не будем рассматривать, а запишем, например, для тела V – сферы с центром в начале координат:
Пример 1
Найти объем тела, ограниченного поверхностями (рис. 1.25).
Решение. Тело симметрично относительно ОХ и ОY. Найдем четвертую часть объема, расположенную в первом октанте, тогда получим и весь объем.
Используем цилиндрические координаты. Уравнения поверхности , плоскости и окружности в цилиндрических координатах :
.
Отсюда: .
Пример 2. Найти массу лежащей в первом октанте части V шара радиуса а, если плотность в точке (x, y, z) равна: = .
Решение. Согласно (1.46)
Задачи для упражнений
1) Найти объём цилиндра: , Ответ:
2) Найти объём сферы: . Ответ: .