7. INTEGRALI Figura 7.15: Area <strong>di</strong> D come integrale doppio abbiamo ∫∫ D dxdy = = ∫ b ∫ g2(x) a ∫ b a ( g 1(x) dy)dx (g 2 (x) − g 1 (x))dx e, per quanto abbiamo appena visto = area(D) 7.9 Cenni su integrali tripli L’estensione del concetto <strong>di</strong> integrale <strong>di</strong> una funzione <strong>di</strong>pendente da due variabili ad una funzione <strong>di</strong>pendente da tre variabili porta al cosiddetto integrale triplo: ∫∫∫ f(x, y, z)dV . E Il caso più semplice si ha quando il dominio <strong>di</strong> integrazione E è rappresentato da un parallelepipedo [a, b] × [c, d] × [r, s]. Allora si ha: ∫∫∫ ∫ s ∫ d ∫ b f(x, y, z)dV = f(x, y, z)dxdydz E = = = . r c a ∫ b ∫ d ∫ s a c r ∫ d ∫ s ∫ b c r a f(x, y, z)dzdydx f(x, y, z)dxdzdy Abbiamo 6 <strong>di</strong>verse possibilità <strong>di</strong> integrazione, prima rispetto a x, poi rispetto a y, poi rispetto a z, oppure lungo y, x, z, o ancora... (tutte le possibili combinazioni che si hanno scambiando l’or<strong>di</strong>ne delle tre variabili). Il risultato che si ottiene non cambia (consideriamo l’integrale <strong>di</strong> funzioni continue, in modo da estendere il teorema <strong>di</strong> Fubini). 108
7.10. Integrali curvilinei Si ha, inoltre, che il volume <strong>di</strong> una regione tri<strong>di</strong>mensionale E è dato da un integrale triplo e, precisamente ∫∫∫ volume(E) = dV E Se la regione <strong>di</strong> integrazione E è più generale, le tecniche <strong>di</strong> integrazione sono estese su tre possibili tipi <strong>di</strong> dominio: 1. Primo caso: E = {(x, y, z) t.c. (x, y) ∈ D, u 1 (x, y) ≤ z ≤ u 2 (x, y)}, dove D è un regione nel piano xy (che a sua volta può essere visto come un dominio normale rispetto all’asse x o rispetto all’asse y). La regione E viene detta normale rispetto al piano xy e l’integrazione per fili. ∫∫∫ ∫∫ [ ∫ ] u2(x,y) f(x, y, z)dV = f(x, y, z)dz dA E D u 1(x,y) 2. Secondo caso: E = {(x, y, z) t.c. (y, z) ∈ D, u 1 (y, z) ≤ x ≤ u 2 (y, z)}, dove D è un regione nel piano yz (che a sua volta può essere visto come un dominio normale rispetto all’asse y o rispetto all’asse z). La regione E viene detta normale rispetto al piano yz. Se si riesce a vedere l’insieme D come normale rispetto all’asse z allora si parla <strong>di</strong> integrazione per strati o per sezione. ∫∫∫ ∫∫ [ ∫ ] u2(y,z) f(x, y, z)dV = f(x, y, z)dx dA E D u 1(y,z) 3. Secondo caso: E = {(x, y, z) t.c. (x, z) ∈ D, u 1 (x, z) ≤ y ≤ u 2 (x, z)}, dove D è un regione nel piano xz (che a sua volta può essere visto come un dominio normale rispetto all’asse x o rispetto all’asse z). La regione E viene detta normale rispetto al piano xz. Se l’insieme D lo si può vedere come normale rispetto all’asse z allora si parla <strong>di</strong> integrazione per strati o per sezione. ∫∫∫ ∫∫ [ ∫ ] u2(x,z) f(x, y, z)dV = f(x, y, z)dy dA E 7.10 Integrali curvilinei D u 1(x,z) Un integrale curvilineo (o <strong>di</strong> linea) ha lo scopo <strong>di</strong> integrare una funzione <strong>di</strong> due (o tre) variabili su un insieme <strong>di</strong> integrazione dato da una curva γ. Ci soffermiamo al caso bi<strong>di</strong>mensionale (quin<strong>di</strong> funzioni <strong>di</strong> due variabili e curve nel piano xy). Consideriamo una curva γ regolare (la funzione vettoriale f che la rappresenta è continua e la sua derivata è <strong>di</strong>versa da zero per ogni valore del parametro t.) Quin<strong>di</strong> f(t) = (x(t), y(t)) con a ≤ t ≤ b. ∫ L’integrale curvilineo <strong>di</strong> una funzione g(x, y) lungo la curva γ si denota con il simbolo g(x, y)ds dove ds rappresenta il <strong>di</strong>fferenziale dell’ascissa curvilinea, dovuto al fatto che ci γ stiamo muovendo lungo la curva e √ non su l’asse delle x o delle y. (dx ) 2 ( ) 2 dy Ricor<strong>di</strong>amo che ds = |f ′ (t)|dt = + dt dt dt Allora, andando a sostituire nell’integrale curvilineo e considerando la curva scritta in forma parametrica si ha: √ ∫ ∫ b (dx ) 2 ( ) 2 dy g(x, y)ds = g(x(t), y(t)) + dt dt dt γ a 109