The Chemistry Maths Book, Second Edition

(Grace) #1

284 Chapter 9Functions of several variables


that is, the volume between the representative surface of the functionf(x,y)and the


xy-plane.


9

Alternatively, the integral can be interpreted as a property of the rectangular


region in the xy-plane. For example, iff(x,y)is a surface mass density, the differential


mass in element of areadA 1 = 1 dx 1 dyisdm 1 = 1 f(x,y)dAand the total mass is


(9.57)


where means integration over the (rectangular) region. In the special case


off(x,y) 1 = 11 , the integral is the area of the rectangle:


More generally, the region in the xy-plane need not be rectangular. Letf(x,y)be


continuous within and on a boundary of a region R of the xy-plane.


The form of the integral over the region depends on how the boundary is defined. In


Figure 9.13a the boundary is made up of two sections:y 1 = 1 g(x)‘below’ the extreme


pointsx 1 = 1 aandx 1 = 1 b,andy 1 = 1 h(x)‘above’ these points. Then, within R,


g(x) 1 ≤ 1 y 1 ≤ 1 h(x)fora 1 ≤ 1 x 1 ≤ 1 b


and the integral over the region (the sum of vertical strips) is


(9.58a)


In Figure 9.13b the boundary is made up of the two sections:x 1 = 1 p(y)to the ‘left’ of


the extreme pointsy 1 = 1 candy 1 = 1 d,andx 1 = 1 q(y)to the ‘right’. Then, within R,


p(y) 1 ≤ 1 x 1 ≤ 1 q(y)forc 1 ≤ 1 y 1 ≤ 1 d


IfxydA fxydy


a

b

gx

hx

=,= ,












ZZZ


R

() ()


()

()

ddx


ZZZ ZZ


R

dA dx dy dx dy b a d c


c

d

a

b

a

b

c

d

== =−−()()


Z


R

⋅⋅⋅dA


MfxydA fxydxdy


c

d

a

b

=,=ZZZ,


R

() ()


9

The double integral as a volume was discussed by Clairaut in his Recherchesof 1731. The double integral sign


notation (∫∫) was first used by Lagrange in 1760.










y


x


dx


y=h(x)


y=g(x)


R


a


b


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(a)










x=p(y)


x=q(y)


y


x


dy


R


c


d


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(b)


Figure 9.13

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