平面薄片的质量:分割、近似、求和、取极限计算方法
设有一平面薄片占有 xoy 面上的闭区域 D ,它在点( x , y )处的面密度为 ρ ρ( x , y ),这里 ρ ( x , y )>0,且在 D 上连续。
以下计算该平面薄片的质量 M 。
由于面密度 ρ ( x , y )是变量,薄片的质量不能直接用密度公式( M =ρ ρS )来计算。但 ρ ( x , y )是连续的,利用积分,把薄片分割成许多小块后,只要小块的直径很小,这些小块就可以近似地看作均匀的小薄片,这小薄片的质量可按均匀薄片的质量来计算。
具体如下:
(1)分割:把薄片(即区域 D )用任意曲线网分成 n 个小区域Δ σ 1 ,Δ σ 2 ,…,Δ σ n ,并以Δ σ i ( i =1,2,…, n )表示第 i 个小区域(即小薄片)的面积。
(2)近似:由于 ρ ρ( x , y )在区域 D 上连续,当Δ σ i 的直径很小时,这个小区域的面密度的变化也很小,于是,在Δ σ i 上任取一点( ξ i , η i ),这块小薄片的质量近似为:
Δ M i ≈ ρ ( ξ i , η i )Δ σ i ( i =1,2,…, n )
(3)求和:把这 n 个小区域的质量相加得整个平面薄片质量的近似值:
(4)取极限:当 n 个小区域的最大直径 λ →0时,上述和式的极限就是所求薄片的质量