Формула Грина

Свойства интегрируемых функций и двойных интегралов

Классы интегрируемых функций

Условие существования двойного интеграла

План

  1. Условие существования двойного интеграла
  2. Классы интегрируемых функций
  3. Свойства интегрируемых функций и двойных интегралов
  4. Формула Грина

Пусть в области определена функция .

Теорема 1 (необходимое условие существования двойного интеграла). Если функция интегрируема на , она ограничена на .

Пусть ограничена на . Разобьем область кривыми на конечное число частей , ,..., , площади которых соответственно равны . Обозначим:

 

.

 

Определение 1. Нижней (верхней) суммой Дарбу от функции на области , которая отвечает построенному разбиению области на части , ,..., , называется

.

 

Свойства сумм Дарбу для функции двух переменных аналогичны свойствам сумм Дарбу для функции одной переменной. Аналогично определяются нижний и верхний интегралы Дарбу.

Теорема 2 (критерий существования двойного интеграла). Для того, чтобы функция была интегрируема на , необходимо и достаточно, чтобы

 

.

 

1. Любая непрерывная на функция является интегрируемой на .

2. Если ограниченная на функция имеет разрывы лишь на конечном количестве кривых с площадью 0, то она интегрируема на .

 

1. Если изменить значение интегрированной на функции вдоль любой кривой с площадью 0, то новая функция также будет интегрируемой на , а ее интеграл будет совпадать с интегралом от .

2. Если область , на которой определена , кривой с площадью 0 разложена на и , то из интегрируемости функции на следует ее интегрируемость на и , и наоборот: из интегрируемости на и следует интегрируемость на . При этом:

 

.

 

3. Если функция интегрируема на , а , то

 

.

 

Задание. Записать другие свойства двойных интегралов (Фихтенгольц, т.ІІІ, с.127-134).

 

Пусть на области , которая является криволинейной трапецией І типа (рис.1), определена функция , которая является непрерывной в вместе с частной производной . Тогда

 

. (1)

 

Но

, (2)

 

Подставим (2) в (1):

 

 

 

, (3)

 

где - это контур , который обходится в положительном направлении.

Аналогично, пусть на области , которая теперь является криволинейной трпецией ІІ типа (рис.2), определена функкция , которая является непрерывной в вместе с частной производной . Тогда можно доказать, что

 

. (4)

 

Замечание 1. Формула (3) ((4)) имеет место, если область прямыми, параллельными оси ОУ (оси ОХ) раскладывается на конечное количество криволинейных трапеций І типа (ІІ типа).

Замечание 2. Если область одновременно удовлетворяет условиям обоих случаев, т.е. раскладывается как на конечное количество трапеций І типа, так и на конечное количество трапеций ІІ типа, и если предположить непрерывность , , , , то

. (5)

 

Формула (5), которая устанавливает связь между криволинейным и двойным интегралами, называется формулой Грина.

Пример. Проверить формулу Грина для функций , . Обе функции имеют разрыв в точке (0,0). Рассмотрим как круг радиуса 1 с центром в (0,0). Тогда определяется как

 

.

При этом

, ,

 

.

Кроме того

 

.

 

Таким образом, формула Грина имеет место, хотя в т.(0,0) функции имеют разрыв.