Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.51 MB, 48 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA</b>
TP.HCM, 5-2024
</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2"><b>NỘI DUNG ĐỀ TÀI</b>
<b>Ứng dụng của tích phân bội - tích phân đường - tích phân mặt</b>
1. Giới thiệu sơ lượt về các loại tích phân sẽ có trong các ứng dụng bên dưới: kýhiệu, cách tính, các định lý (nếu sử dụng định lý nào thì nêu định lý đó).
2. Giới thiệu các ứng dụng, mỗi loại tích phân trình bày ít nhất 2 ứng dụng. Yêucầu nêu được tính thực tế của ứng dụng. Nêu cách tính thực tế của ứng dụng đãtrình bày. Cho ví dụ cụ thể từng loại ứng dụng (nếu có số liệu thực tế sẽ đượcđiểm cộng). Ví dụ: tích phân đường loại 1 dùng để tính diện tích mặt trụ đứng,có biên trên nằm trong mặt cong z = f(x, y), biên dưới nằm trên mặt phẳng Oxy.Ứng dụng này có thể dùng để tính diện tích tường không thẳng trong xây dựng(phần tường dưới gầm cầu thang xoắn). Về tính tốn có thể mơ phỏng hàm số fhoặc đo đạc để dùng tổng Riemann để ước tính diện tích.
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3"><b>NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4"><b>CHƯƠNG 1. PHẦN MỞ ĐẦU . . . .6</b>
<b>2CHƯƠNG 2. PHẦN NỘI DUNG . . . .7</b>
2.2.1.1 Tích phân đường loại một . . . . 25
2.2.1.2 Tích phân đường loại hai . . . . 26
<b>4TÀI LIỆU THAM KHẢO . . . .47</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5"><b>TÀI LIỆU THAM KHẢO . . . .47</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6"><i><small>Hình 2.1Đồ thị</small></i> . . . . 7
<i><small>Hình 2.2Chia R thành các hình chữ nhật con</small></i> . . . . 8
<i><small>Hình 2.3Thể tích khối hộp chữ nhật mỏng</small></i> . . . . 8
<i><small>Hình 2.4Thể tích được xấp xỉ bằng cách tính tổng thể tích các hình hộp mỏng</small></i> . 9<i><small>Hình 2.5Miền D bất kỳ tổng quát và miền hình chữ nhật R</small></i> . . . . 12
<i><small>Hình 2.6Miền Ω = {(x, y, z) : (x, y) ∈ D, z</small></i><sub>1</sub><small>(x, y) ≤ z ≤ z</small><sub>2</sub><i><small>(x, y)}.</small></i> . . . . 14
<i><small>Hình 2.7Miền Ω = {(x, y, z) : (x, z) ∈ D, y</small></i><sub>1</sub><small>(x, y) ≤ y ≤ y</small><sub>2</sub><i><small>(x, y)}.</small></i> . . . . 15
<i><small>Hình 2.8Miền Ω = {(x, y, z) : (y, z) ∈ D, x</small></i><sub>1</sub><small>(y, z) ≤ x ≤ x</small><sub>2</sub><i><small>(y, z)}.</small></i> . . . . 15
<i><small>Hình 2.9Độ sâu của hồ tại các vị trí</small></i> . . . . 16
<i><small>Hình 2.18 Các đường cong trong mặt phẳng</small></i> . . . . 27
<i><small>Hình 2.19 Miền đơn liên, miền đa liên</small></i> . . . . 28
<i><small>Hình 2.20 Chiều dương, chiều âm của đường cong C</small></i> . . . . 28
<i><small>Hình 2.26 Pháp véc tơ của mặt cong kín S</small></i> . . . . 40
<i><small>Hình 2.27 Code Mathlab Tính thơng lượng điện trường</small></i> . . . . 45
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">Tích phân là một trong những cơng cụ quan trọng nhất trong tốn học, khơng chỉtrong việc giải quyết các bài tốn lý thuyết mà cịn trong nhiều ứng dụng thực tiễn củađời sống. Bằng cách sử dụng tích phân, chúng ta có thể tính tốn các đại lượng nhưdiện tích, thể tích, cơng, và nhiều đại lượng khác mà khơng thể tính được bằng cácphương pháp thơng thường.
Bài báo cáo này sẽ giới thiệu về các loại tích phân khác nhau và các ứng dụngthực tiễn của chúng. Chúng ta sẽ tìm hiểu về các ký hiệu, cách tính, và các định lýquan trọng liên quan đến từng loại tích phân. Sau đó, chúng ta sẽ xem xét các ứngdụng cụ thể của từng loại tích phân trong các lĩnh vực khác nhau, từ kỹ thuật, vật lý,đến các lĩnh vực đời sống thường ngày.
Mỗi loại tích phân sẽ được trình bày với ít nhất hai ứng dụng thực tiễn. Các ứngdụng này không chỉ giúp minh họa cách mà tích phân được sử dụng mà cịn cho thấytính thực tế và tầm quan trọng của tích phân trong việc giải quyết các vấn đề cụ thể.Các ví dụ và số liệu thực tế sẽ được đưa ra để làm rõ hơn các phương pháp tính tốnvà ứng dụng đã trình bày.
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8"><b>2.1TÍCH PHÂN BỘI2.1.1Lý thuyết</b>
<b>các điểm cuối của các khoảng con này, như trong Hình 2.2, ta tạo thành các hình chữ</b>
nhật con, mỗi hình đều có diện tích ∆A = ∆x∆y
R<small>i j</small> = [x<sub>i−1</sub>, x<sub>i</sub>]x[y<sub>j−1</sub>, y<sub>j</sub>] = {(x, y)|x<sub>i−1</sub>≤ x ≤ x<sub>i</sub>, y<sub>j−1</sub> ≤ y ≤ y<sub>j</sub>}
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9"><i><small>Hình 2.2: Chia R thành các hình chữ nhật con</small></i>
Nếu chúng ta chọn một điểm mẫu (x<sup>∗</sup><sub>i j</sub>, y<sup>∗</sup><sub>i j</sub>) trong mỗi R<small>i j</small> thì chúng ta có thể tínhgần đúng phần S nằm phía trên mỗi R<small>i j</small> bằng một hộp hình chữ nhật mỏng (hoặc“cột”) có đáy R<small>i j</small> <b>và chiều cao f (x, y) như trong Hình 2.3. Thể tích của hộp này bằng</b>
chiều cao của hộp nhân với diện tích của hình chữ nhật đáy:f(x<sup>∗</sup><sub>i j</sub>, y<sup>∗</sup><sub>i j</sub>)∆A
<i><small>Hình 2.3: Thể tích khối hộp chữ nhật mỏng</small></i>
Nếu chúng ta làm theo quy trình này cho tất cả các hình chữ nhật và cộng thể tíchcủa các hình tương ứng, chúng ta sẽ xấp xỉ được tổng thể tích của S:
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">V ≈
<i><b>a. Định nghĩa</b></i> Tích phân kép của hàm số f(x,y) trên min D lă
f(x, y)dxdy =ă
f(x, y)dA = lim
f(x<sup></sup><sub>i j</sub>, y<sup></sup><sub>i j</sub>)∆A
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">Được gọi là tổng Reimann kép và được dùng để tính giá trị gần đúng của tíchphân kép
<i><b>c. Quy tắc trung điểm</b></i>
Các phương pháp mà chúng ta đã sử dụng để tính gần đúng tích phân đơn đều cócác phương pháp tương ứng cho tích phân kép. Ở đây chúng ta chỉ xét Quy tắc trungđiểm cho tích phân kép. Điều này có nghĩa là chúng ta sử dụng tổng Riemann kép đểtính gần đúng tích phân kép, trong đó điểm mẫu (x<sup>∗</sup><sub>i j</sub>, y<sup>∗</sup><sub>i j</sub>) trong R<small>i j</small> được chọn làm tâm( ¯x<small>i</small>, ¯y<small>j</small>) của R<small>i j</small>. Nói cách khác, ¯x<small>i</small> là trung điểm của [x<small>i−1</small>, x<small>i</small>] và ¯y<small>j</small> là trung điểm của[y<sub>j−1</sub>, y<small>j</small>]
Quy tắc trung im cho tớch phõn kộp:ă
f(x, y)dxdy =ă
f(x, y)dxdy +ă
f(x, y)dxdy
| f (x, y)| dxdy
3. Nếu f(x, y) và g(x, y) l nhng hm kh tớch trờn D thỡă
( f (x, y) g(x, y))dxdy =ă
f(x, y)dxdy ă
g(x, y)dxdy
4. Nu f(x, y) l hm kh tớch trờn D thỡă
( f (x, y))dxdy = ă
f(x, y)dxdy, R
5. Nu f(x, y) và g(x, y) là những hàm khả tích trên D và f (x, y) ≤ g(x, y),∀(x, y) ∈ D thỡ
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">f(x, y)dxdy ă
g(x, y)dxdy
6. Nu D là miền đóng, bị chặn thìS<small>D</small>=
"ˆ <small>dc</small>
f(x, y)dy#
dx =ˆ <small>d</small>
"ˆ <small>ba</small>
f(x, y)dx#
<i><b>d. Tích phân kép trên miền bất kỳ tổng qt</b></i>
Đối với tích phân kép, miền D khơng chỉ là hình chữ nhật mà có thể là một miềnD bất kỳ tổng quát. Giả sử D là miền bị chặn, có nghĩa là D bị đóng bởi hình chữ nhậtR. Khi đó, ta định nghĩa hàm mới F trên miền R như sau:
F(x, y) =
f(x, y), (x, y) ∈ D0, (x, y) ∈ R\DNếu F(x, y) là hàm khả tớch trờn R thỡ
F(x, y)dxdy =ă
F(x, y)dxdy +ă
F(x, y)dxdy
f(x, y)dxdy +ă
0dxdy =ă
f(x, y)dxdy
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13"><i><small>Hỡnh 2.5: Min D bất kỳ tổng quát và miền hình chữ nhật R</small></i>
"ˆ <small>y</small><sub>2</sub><small>(x)y</small><sub>1</sub><small>(x)</small>
f(x, y)dy#
"ˆ <small>x</small><sub>2</sub><small>(y)x</small><sub>1</sub><small>(y)</small>
f(x, y)dx#
<i><b>e. Tích phân kép trong hệ tọa độ cực</b></i>
• Định lý 1.4: (Tích phân kép trong hệ tọa độ cực).
Nếu f(x, y) là hàm liên tục trên miền D = {(r, ϕ) : 0 ≤ a ≤ r ≤ b, α ≤ ϕ ≤ β }, ở đây0 ≤ β − α ≤ 2π, thì
f(x, y)dxdy =ˆ <sub>β</sub>
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14"><i><b>a. Định nghĩa</b></i> ˚Tích phân bội ba của hàm số f (x, y, z) trên miền ω là
f(x, y, z)dxdydz =˚
f(x<sup>∗</sup><sub>i jk</sub>, y<sup>∗</sup><sub>i jk</sub>, z<sup>∗</sup><sub>i jk</sub>)∆x∆y∆znếu giới hạn này tồn tại. Lúc này f (x, y, z) được gọi là hàm khả tích trên Ω.
<i><b>b. Tích phân bội ba trong hệ tọa độ Đề-các</b></i>
Định lý Fubini
• Định lý 1.5 (Định lý Fubini)Cho f(x,y,z) là hàm liên tục trên miền
Ω = {(x, y, z) ∈ R<sup>3</sup> : a ≤ x ≤ b, c ≤ y ≤ d, r z s}, khi ú:ă
f(x, y, z)dxdydz = <small>b</small>
ˆ <small>dc</small>
ˆ <small>sr</small>
f(x, y, z)dxdydz =ˆ <small>b</small>
"ˆ <small>dc</small>
ˆ <small>s</small>
f(x, y, z)dz
<i>Chú ý. Theo định lý Fubini, khi lấy tích phân theo z theo ta xem z là biến số, cònx, y là hằng số. Sau đó lấy tích phân theo y thì ta xem y là biến số, cịn x là hằng số.Cuối cùng, ta sẽ lấy tích phân theo x. Vì vai trị của x, y, z như nhau nên ta có 3! = 6cách lấy tích phân khác nhau theo thứ tự của các biến x, y, z.</i>
<i><b>c. Tích phân bội ba trên miền bị chặn tổng quát Ω</b></i>
Cho Ω là miền bị chặn bất kỳ, ta có thể lấy hình hộp chữ nhật E chứa miền Ω, sauđó, chúng ta xây dựng một hàm mới
F(x, y, z) =
f(x, y, z), (x, y, z) ∈ Ω0, (x, y, z) ∈ E \ ΩKhi đó, nếu F khả tích trên E thì ta định nghĩa
f(x, y, z)dxdydz =˚
F(x, y, z)dxdydz
Như vậy, chúng ta sẽ có định lý sau:• Định lý 1.6
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">Cho miền Ω = {(x, y, z) : (x, y) ∈ D, z<sub>1</sub>(x, y) ≤ z ≤ z<sub>2</sub>(x, y)}, trong đó D là hình chiếucủa miền Ω xuống mặt phẳng Oxy. Khi đó
I =˚
f(x, y, z)dxdydz =ă
" <small>z</small><sub>2</sub><small>(x,y)z</small><sub>1</sub><small>(x,y)</small>
f(x, y, z)dz#
<i>Chỳ ý. Khi tớnh tớch phõn bội ba, chúng ta phải xác định được hình chiếu D củavật thể V và chuyển về tính tích phân kép. Khi tính tích phân của f (x, y, z) theo biến zthì ta xem z là biến số, cịn x, y l hng s.</i>
f(x, y, z)dxdydz =ă
" <small>y</small><sub>2</sub><small>(x,z)y</small><sub>1</sub><small>(x,z)</small>
f(x, y, z)dy#
dxdz
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">f(x, y, z)dxdydz =ă
" <small>x</small><sub>2</sub><small>(y,z)x</small><sub>1</sub><small>(y,z)</small>
f(x, y, z)dx#
</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17"><i><b>a. Tích phân kép</b></i>
Ω giới hạn trên bởi mặt S1: z = f<sub>1</sub>(x, y) giới hạn dưới bởi mặt S2: z = f<sub>2</sub>(x, y) vàgiới hạn xung quanh bởi mặt trụ song song với trục Oz cú ng chun l biờn minD c tớnh bi:
V() =ă
( f<sub>1</sub>(x, y) − f<sub>2</sub>(x, y))dxdy( f<sub>2</sub>(x, y) ≤ f<sub>1</sub>(x, y), ∀(x, y) ∈ D)
VD: Một hồ nước có kích thước 20 ft x 30 ft chứa đầy nước. Độ sâu được đo ởcác khoảng cách 5 ft, bắt đầu từ một góc của hồ , và các giá trị được ghi vào bảng 1.Hãy ước lượng thể tich nước trong hồ.
<i><small>Hình 2.9: Độ sâu của hồ tại các vị trí</small></i>
Bài làm
Đặt điểm gốc tại tọa độ (0;0), 0 ≤ x ≤ 20, 0 ≤ y ≤ 30 và f (x, y) và A lần lượt làhàm mô tả độ sâu và diện tích của hồ. Khi đó , thể tích nước trong hồ được tính bằngđộ sâu x diện tích hồ nhưng do độ sâu thay đổi nên tổng quát hơn ta dùng:
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">được ∆A = <sup>600</sup>
2x3 = 100 f t<sup>2</sup>Khi đó
f( ¯x<small>i</small>, ¯y<small>j</small>)∆A ≈ ∆A(3 + 7 + 10 + 3 + 5 + 8)= 100.36 = 3600 f t<sup>3</sup>
Vậy thể tích nước trong hồ xấp xỉ 3600 f t<sup>3</sup>.
<i><b>b. Tích phân bội ba</b></i>
Thể tích của vt tựy ý l:
V =
V =ă
(25 x<sup>2</sup> y<sup>2</sup>)dxdy =ˆ <sub>2π</sub>
ˆ <sub>5</sub>
(25 − r<sup>2</sup>)drdθ = 2πˆ <sub>5</sub>
(25r − r<sup>3</sup>)dr =625
2 <sup>π</sup>
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19"><i>VD: Sử dụng tích phân bơi 3 tính thể tích của khối tứ diện T được giới hạn bởicác mặt phẳng x +2y + z = 2, x = 2y, x = 0 và z = 0</i>
<i><small>Hình 2.11: Đồ thị của tứ diện T</small></i>
Bài làmChiếu khối tứ diện T xuống mặt phẳng Oxy
<i><small>Hình 2.12: Hình chiếu của T lên mặt Oxy</small></i>
Ta có:V(T ) =˝
<b>2.1.2.2Tính khối lượng và tìm khối tâm</b>
Tính khối lượng của các vật thể có hình dạng khơng đều như linh kiện máy móc,hịn đá,. . .
Tìm vị trí của khối tâm giúp kỹ sư thiết kế cấu trúc sao cho cân bằng và ổn định.Điều này đặc biệt quan trọng trong việc thiết kế các cơng trình lớn như cầu, tịa nhà,và máy bay.
<i><b>a. Tích phân kép</b></i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">Xét một mặt cong S bất kỳ có diện tích là S, có khối lượng riêng phụ thuộc vàođiểm M(x,y) nằm trên S là ρ = ρ(M) = ρ(x, y). Bằng cách chia mặt S thành n mặtnhỏ không dẫm lên nhau và qua giới hạn ta cũng được cơng thức tính khối lượng củamặt S là:
ρ (x, y)dS
Trong đó dS là yếu tố diện tích. Nếu mặt S đồng chất ρ = const thì m = ρ.S.Tọa độ (x, y) của khối tâm của mặt phẳng được giới hạn bởi miền D và có hàmmật độ ρ(x, y) :
x= <sup>1</sup>m
xρ(x, y)dV y= <sup>1</sup>m
yρ(x, y)dV z= <sup>1</sup>m
</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">Bài làmKhối lượng của tam giác là:
ρ (x, y)dS =ˆ <sub>1</sub>
(1 − x<sup>2</sup>)dx = <sup>8</sup>3Khối tâm của tam giác là:
¯x= <sup>1</sup>
xρ(x, y)dS = <sup>3</sup>8
ˆ <sub>1</sub>
(x − x<sup>3</sup>)dx= <sup>3</sup>
2 −<sup>x</sup>
<small>10</small>= <sup>3</sup>
y= <sup>1</sup>m
yρ(x, y)dS = <sup>3</sup>8
<small>y=0</small> dx= <sup>1</sup>4
ˆ <sub>1</sub>
(7 − 9x − 3x<sup>2</sup>− 5x<sup>3</sup>)dx= <sup>1</sup>
⇒ Khối tâm của tam giác tại điểm <sup>3</sup><sub>8</sub>,<sup>11</sup><sub>16</sub><sup></sup>
<i>VD:Tìm khối tâm của vật rắn E có khối lượng riêng khơng đổi và được giới hạnbởi hình trụ parabolic x = y</i><sup>2</sup> <i>và các mặt phẳng x = z, z =0 và x = 1</i>
<i><small>Hình 2.14: Đồ thị vật rắn E</small></i>
Bài làmChiếu vật rắn E xuống mặt phẳng Oxy:
</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22"><i><small>Hình 2.15: Hình chiếu của E xuống mặt phẳng Oxy</small></i>
Khi đó vật rắn E được mơ tả:
E= {(x, y, z)| − 1 ≤ y ≤ 1, y<sup>2</sup>≤ x ≤ 1, 0 ≤ z ≤ x}Hàm mật độ khối lượng là ρ(x, y, z) = ρ
Khối lượng của vật rắn là:m=
ρ dV =ˆ <sub>1</sub>
ˆ <sub>1</sub>
ˆ <small>x0</small>
ρ dzdxdy = ρˆ <sub>1</sub>
ˆ <sub>1</sub>
xdxdy= ρˆ <sub>1</sub>
x<small>2</small>
= ρ/2ˆ <sub>1</sub>
(1 − y<sup>4</sup>)dy = ρˆ <sub>1</sub>
(1 − y<sup>4</sup>)dy = ρ
= 4ρ5Do vật rắn đối xứng qua mặt phẳng Oxz, nên ¯y= 0
¯x= <sup>1</sup>
xρdV = <sup>5</sup>4ρ
xρdzdxdy =<sup>5</sup>4
ˆ <sub>1</sub>
x<small>3</small>
= <sup>5</sup>6
ˆ <sub>1</sub>
(1 − y<sup>6</sup>)dy = <sup>5</sup>6
= <sup>5</sup>7¯z = <sup>1</sup>
zρdV = <sup>5</sup>4ρ
zρdzdxdy = <sup>5</sup>4
= <sup>5</sup>8
ˆ <sub>1</sub>
(1 − y<sup>6</sup>)dy = <sup>5</sup>14Khối tâm của vật rắn là: ( ¯x, ¯y, ¯z) = <sup>5</sup><sub>7</sub>, 0,<sub>14</sub><sup>5</sup>.
<b>2.1.2.3Tính xác suất</b>
Giúp phân tích khả năng biến động giá cả, lợi nhuận hoặc rủi ro trong lĩnh vựctài chính hay trong lĩnh vực cơng nghệ có thể dùng để tính hiệu suất cũng như độ ổnđịnh của mạch.
Giả sử chúng ta có một cặp biến ngẫu nhiên liên tục X và Y, chẳng hạn như tuổithọ của hai bộ phận một chiếc máy hay là chiều cao và cân nặng của một người trưởngthành được chọn ngẫu nhiên. Hàm mật độ chung của X và Y là hàm f của hai biến
</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">sao cho xác suất nằm trong miền D là:P((X ,Y ) ∈ D) =
ˆ <small>dc</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">f(x, y) = f<sub>1</sub>(x) f<sub>2</sub>(y)
Ta có thể lập mơ hình thời gian chờ đợi bằng cách sử dụng các hàm mật độ mũ:
f(t) =
0 <i>với t <</i>0µ<sup>−1</sup>e<sup>−t/u</sup> <i>với t ≥</i>0
<i>(µ là thời gian tiêu tốn)</i>
<i>VD: Cho hàm mật độ chung của X và Y là</i>
f(x, y) =
ˆ <sub>10</sub>
C(x + 2y)dydx = 1⇔ C
ˆ <sub>10</sub>
xy + y<small>2</small><small>y=10</small>
<small>y=0</small> dx= 1 ⇔ Cˆ <sub>10</sub>
(10x + 100)dx = 1⇔ 1500C = 1 ⇔ C = <sup>1</sup>
1500P(X ≤ 7,Y ≥ 2) =
1500 ≈ 0.5787
<i>VD:Người quản lí rạp chiếu phim xác đinh rằng thời gian trung bình để ngườixem phim xếp hàng chờ mua vé xem phim tuần này là 10 phút và thời gian trung bìnhhọ đợi mua bỏng ngo là 5 phút. Giả sử thời gian chờ là độc lập. Tìm xác suất để mộtngười xem phim đợi tổng cộng ít hơn 20 phút trước khi vào chỗ ngồi của mình.</i>
Bài làm
Giả sử rằng cả thời gian chờ X để mua vé và thời gian chờ Y để mua bỏng ngơđều được mơ hình hóa bằng hàm mật độ xác suất mũ, chúng ta có thể viết các hàmmật độ riêng lẻ như sau:
</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">f<sub>1</sub>(x) =
0 với y < 0
<small>5</small>e<sup>−y/5</sup> với y ≥ 0Vì X và Y là độc lập, nên hàm mật độ chung là tích của hai hàm:
f(x, y) = f<sub>1</sub>(x) f<sub>2</sub>(y) =
f(x, y)dA =ˆ <sub>20</sub>
ˆ <sub>20−x</sub>
<small>−</small><sub>10</sub><sup>x</sup> e<sup>−</sup><small>5</small><sup>y</sup>dydx
= <sup>1</sup>50
10ˆ <sub>20</sub>
Vậy có khoảng 75% người xem phim chờ ít hơn 20 phút trước khi vào chỗ ngồi.
</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26"><b>2.2TÍCH PHÂN ĐƯỜNG2.2.1Lý thuyết</b>
<b>2.2.1.1Tích phân đường loại một</b>
f(x<sub>i</sub>, y<sub>i</sub>).∆l<small>i</small>
Nếu giới hạn này tồn tại
<i>Chú ý: Theo định nghĩa, tích phân đường loại I khơng phụ thuộc hướng củađường cong C vì việc chọn hướng của C không ảnh hưởng đến tổng Riemann.</i>
f(x, y)dl =ˆ
f(x, y)dl
<i><b>b. Tính chất của tích phân đường loại một</b></i>
1dl = L.
α f (x, y)dl = αˆ
x= r(ϕ)cosϕy= r(ϕ)sinϕα ≤ ϕ ≤ β
</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">f(r(ϕ)cosϕ, r(ϕ)sinϕ)q
(r(ϕ))<sup>2</sup>+ (r<sup>′</sup>(ϕ))<sup>2</sup>dϕ
<b>2.2.1.2Tích phân đường loại hai</b>
<i><b>a. Định nghĩa</b></i> Cho <sup>−</sup><sup>→</sup>F (x, y) = (P(x, y), Q(x, y)) là hàm véc tơ xác định trên đườngcong trơn
AB. Khi đó tích phân đường loại hai của<sup>−</sup><sup>→</sup>F dọc theo
P(x, y)dx + Q(x, y)dy =ˆ
P(x, y)dx +ˆ
A<sub>i−1</sub>A<sub>i</sub> nên khi đổi hướng của véc tơ<sup>−−−−→</sup>A<sub>i−1</sub>A<sub>i</sub>thì sẽ đổi dấu của tổng Riemann.Như vậy, đối với tích phân đường loại hai thì
P(x, y)dx + Q(x, y)dy = −ˆ
</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">x= x(t)y= y(t)
t ∈ [a, b]
được gọi là điểm bội hay điểm tự cắt của đường cong C nếu tọa độ của M thỏamãn phương trình đường cong C ít nhất tại hai giá trị t ∈ [a, b].
- Đường cong C không chứa điểm bội được gọi là đường cong đơn giản.
- Đường cong AB<sup>⌢</sup> được gọi là đường cong khép kín, nếu điểm đầu A và điểmcuối B trùng nhau.
<i><small>Hình 2.18: Các đường cong trong mặt phẳng</small></i>
- Miền phẳng D được gọi là miền liên thông nếu như với hai điểm bất kỳ A, B∈ D thì tồn tại một đường cong nối A, B cũng thuộc D.
- Miền phẳng D được gọi là miền đơn liên khi thỏa mãn tính chất:1. Miền phẳng D là miền liên thơng
2. Nếu đường cong đơn giản khép kín C nằm trọn trong miền D thì miền D’ có biênlà đường cong C sẽ nằm trọn trong D.
- Miền phẳng D không phải là miền đơn liên, được gọi là miền đa liên
</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29"><i><small>Hình 2.19: Miền đơn liên, miền đa liên</small></i>
- Chiều dương của đường cong C là biên của miền D được quy ước là chiềungược chiều kim đồng hồ. Chiều âm của đường cong C được quy ước là chiều cùngchiều kim đồng hồ
<i><small>Hình 2.20: Chiều dương, chiều âm của đường cong C</small></i>
- Đường cong C xác định bởi
x= x(t)y= y(t)
t ∈ [a, b]
được gọi là trơn từng khúc nếu C có thể chia thành nhiều đoạn nhỏ và trên mỗiđoạn nhỏ này x’(t), y’(t) là những hàm liên tục.
</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">• Định lý 2.2 (Định lý Green)
Trong mặt phẳng xOy, cho D là miền đóng có biên là đường cong đơn giản, khép kín,trơn từng khúc C. Các hàm P(x, y), Q(x, y) và các đạo hàm riêng cấp một của chúngliên tục trong D. Khi đó
P(x, y)dx + Q(x, y)dy = ă
(<sup> Q</sup> x <sup> P</sup>
y)dxdy
Du "+" nu chiu ly tích phân trùng với chiều dương quy ước. Ngược lại, ta lấydấu "-".
<i>Chú ý: Như vậy, khi đi theo đường cong C thì miền D sẽ nằm bên trái đường cong</i>
<i><b>C thì chiều lấy tích phân là chiều dương.</b></i>
<i>VD: Tính diện tích mặt trụ cong có đường sinh song song với trục Oz, biết rằngbiên dưới của trụ cong là đường cong (C) có phương trình:</i>
(C) : y = 2x<sup>3</sup>− 9x<small>2</small>+ 12x, 0 ≤ x ≤ <sup>5</sup><sub>2</sub>
<i>Và biên trên nằm trong mặt z=10-x-y</i>
<i><small>Hình 2.21: Đồ thị đường cong C</small></i>
f(x, y)ds =ˆ
(10 − x − y)ds
</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">(C) : y = 2x<sup>3</sup>− 9x<sup>2</sup>+ 12x, 0 ≤ x ≤ <sup>5</sup>2y<sup>′</sup>= 6x<sup>2</sup>− 18x − 12 ⇒ ds =
1 + y<sup>′2</sup>dx=q
1 + (6x<small>2</small>− 8x − 12)<sup>2</sup>dxS=
ˆ <small>52</small>
(10 − x − (2x<sup>3</sup>− 9x<sup>2</sup>+ 12x)).q
1 + (6x<sup>2</sup>− 18x − 12)<sup>2</sup>dx= 46, 5902
<i>VD: Tính diện tích của mặt trụ cong có đường sinh song song Oz, biên trên làđường cong (C): y =</i>
<small>6</small> <i>(x − 12), 1 ≤ x ≤ 9, nằm trong mặt phẳng Oxy và biên dướilà đường cong L nằm trong mặt congz = y −</i>√
<i><small>Hình 2.22: Đồ thị đường cong C</small></i>
Bài làmS= − ´
6 − 2<sup>√</sup>x → y<sup>′</sup>=√
x4 −√<sup>1</sup>
x → ds =q
1 + y<sup>′</sup><small>2</small>dx=s
1 + (<sup>x</sup>4−√<sup>1</sup>
S=ˆ <sub>9</sub>
6 (x − 12)
1 + √x4 −√<sup>1</sup>
dx= <sup>335</sup>9
<i><b>b. Tính độ dài đường cong I</b></i>=ˆ
(C)y = 2 −<sup>x</sup>
2, −1 ≤ x ≤ 2 ⇒ y<sup>′</sup>= −x ⇒ ds =q
1 + y<sup>′2</sup>dx=q
1 + (−x)<sup>2</sup>dx
</div>