Saltar al contenido

Diario de clases

Clases de Jesús Soto

Menú
  • Fórmulas
Menú

Navegación de entradas

MathBio: Integral doble ←
→ MathBio: Ecuaciones Diferenciales

MathBio: Integral triple

Posted on 3 de diciembre de 2025

La integral triple de una función, \(f(x,y,z)\), en una región cerrada del espacio, \(Q\), con un volumen \(V\), no es más que la generalización del concepto de integral simple y doble. Así
\[\iiint_{Q} f(x,y,z) dV = \underset{l,m,n \to \infty}{lim}\sum_{l}^{i=1}\sum_{m}^{j=1}\sum_{n}^{k=1}f(x_{ijk}^{*},y_{ijk}^{*},z_{ijk}^{*})\Delta V\]

Si la función es \(f(x,y,z)=1\), tendremos el volumen del sólido encerrado en \(Q\), \[Volumen=\iiint_Q\,dV\]

De este modo, cuando el sólido viene dado por un paralepípedo, \(Q=\{[a,a’]\times [b,b’]\times [c,c’]\}\), calcular el volumen es resolver mediante integrales iteradas:
\[\iiint_Qf(x,y,z)\,dV=\int_a^{a’}\int_b^{b’}\int_c^{c’}f(x,y,z)\,dz\,dy\,dx.\]

Ejemplo: Cuál es el volumen encerrado en el recinto \(Q=[0,1]\times[1,2]\times[0,2]\)

Nos piden calcular \[\iiint_Q\ dV=\int_{0}^{1}\int_{1}^{2}\int_{0}^{2} \ dz\,dy\,dx.\] Aplicando la definición: \[\int_{0}^{1}\int_{1}^{2}\int_{0}^{2} \ dz\,dy\,dx=\int_{0}^{1}\left[\int_{1}^{2}\left[z\right|_{0}^{2}\,dy\right]\,dx=\] \[=\int_{0}^{1}2\left[y\right|_{1}^{2}\,dx=2\left[x\right|_{0}^{2}=4\]

Igual como en el caso de la integral doble se cumple:\[\iiint_Q(\lambda f(x,y,z)+\mu g(x,y,z))\,dV=\lambda\iiint_Q f(x,y,z)\,dV+\mu\iiint_Q g(x,y,z)\,dV.\]
A veces es más práctico verlo como la integral doble en una región del plano XY de una función; es decir,

\[V=\iiint_QdV=\iint_R\left(\int_{f(x,y)}^{g(x,y)}dz\right)dA,\]

Ejemplo: Cuál es el volumen encerrado en la región sólida \(Q=\{(x,y,z);\ 0\leq x\leq 1,\ 0\leq y\leq 1,\ 0\leq z\leq x-y^2\}\)

Nos piden calcular \[\iiint_Q\ dV=\int_{0}^{1}\int_{0}^{1}\int_{0}^{x-y^2} \ dz\,dy\,dx.\] Veámoslo: \[\int_{0}^{1}\int_{0}^{1}\int_{0}^{x-y^2} \ dz\,dy\,dx=\int_{0}^{1}\int_{0}^{1}\left[\int_{0}^{x-y^2} \ dz\right]\,dy\,dx=\]\[=\int_{0}^{1}\left[\int_{0}^{1}\left[z\right|_{0}^{x-y^2}\,dy\right]\,dx=\int_{0}^{1}\left[\int_{0}^{1}\left[{x-y^2}\right]\,dy\right]\,dx=\] \[=\int_{0}^{1}\left[yx-\frac{y^3}{3}\right|_0^1\,dx=\int_{0}^{1}\left[x-\frac{1}{3}\right]\,dx=\left[\frac{x^2}{2}-\frac{x}{3}\right|_{0}^{1}=\frac{1}{2}-\frac{1}{3}=\frac{1}{6}\]

En general, si \(Q=\{(x,y,z)|a\leq x \leq b,\, h_1(x)\leq y \leq h_2(x),\,g_1(x,y)\leq z \leq g_1(x,y)\}\), tendremos
\[\iiint_{Q}\, f(x,y,z) dV = \int_{a}^{b}\int_{h_1(x)}^{h_2(x)}\int_{g_1(x,y)}^{g_2(x,y)}\, f(x,y,z) dz dy dx\]

Veamos unos ejemplos:

Ejemplo: Calcular \(\int_{0}^{1}\int_{0}^{y}\int_{0}^{x} \cos(x+y+z)dz\,dx\,dy\),

Resolvamos primero
\[ I_1 = \int_{0}^{x} \cos(x+y+z)dz= \left[ \sin(x+y+z) \right]_{z=0}^{z=x}=\sin(2x+y) – \sin(x+y) \]
Ahora,
\[
\begin{align}
I_2 &= \int_{0}^{y} \left( \sin(2x+y) – \sin(x+y) \right) dx \\
&= \left[ -\frac{1}{2}\cos(2x+y) + \cos(x+y) \right]_{x=0}^{x=y}\\
&=-\frac{1}{2}\cos(3y) + \cos(2y)-\frac{1}{2}\cos(y)
\end{align}
\]
Por último,
\[
\begin{align}
I &= \int_{0}^{1} \left( \cos(2y) – \frac{1}{2}\cos(3y) – \frac{1}{2}\cos(y) \right) dy\\
&= \left[ \frac{1}{2}\sin(2y) – \frac{1}{6}\sin(3y) – \frac{1}{2}\sin(y) \right]_{0}^{1}\\
&= \frac{1}{2}\sin(2) – \frac{1}{6}\sin(3) – \frac{1}{2}\sin(1)
\end{align}
\]


Ejemplo: Calcular \(\int_{0}^{\sqrt{\pi}}\int_{0}^{x}\int_{0}^{xz} x^2\, \sin(y)dy\,dz\,dx\),

\[
\begin{align}
I &=\int_{0}^{\sqrt{\pi}}\int_{0}^{x}\int_{0}^{xz} x^2\, \sin(y)dy\,dz\,dx \\
&=\int_{0}^{\sqrt{\pi}}\int_{0}^{x}\left(\int_{0}^{xz} x^2\, \sin(y)dy\right)\,dz\,dx \\
&=\int_{0}^{\sqrt{\pi}}\int_{0}^{x}\left(x^2 \left[ -\cos(y) \right]_{y=0}^{y=xz}\right)\,dz\,dx \\
&=\int_{0}^{\sqrt{\pi}}\int_{0}^{x}\left(x^2 \left( 1 – \cos(xz) \right)\right)\,dz\,dx \\
&=\int_{0}^{\sqrt{\pi}}\left(\int_{0}^{x}\left(x^2 \left( 1 – \cos(xz) \right)\right)\,dz\right)\,dx \\
&=\int_{0}^{\sqrt{\pi}}\left(x^2 \left[ z – \frac{1}{x}\sin(xz) \right]_{z=0}^{z=x}\right)\,dx \\
&=\int_{0}^{\sqrt{\pi}}\left(x^3 -x\sin(x^2)\right)\,dx \\
&\mbox{(hacemos un cambio de variable}\,u=x^2 \mbox{para resolver}\, \int \,x\sin(x^2)\,dx\\
&=\left[ \frac{x^4}{4} \right]_{0}^{\sqrt{\pi}}+ \frac{1}{2} \left[ -\cos(u) \right]_{0}^{\pi}\\
&=\frac{\pi^2}{4} – 1
\end{align}
\]


Ejemplo: Calcular \(\int_{0}^{1}\int_{0}^{1}\int_{0}^{\sqrt{1-z^2}} \left(\frac{z}{y+1}\right)dx\,dz\,dy\),

Vamos a calcularla paso a paso.

Paso 1: Integral interior (respecto a \(x\))

Integramos \(\left(\frac{z}{y+1}\right)\) con respecto a \(x\):
\[
\begin{aligned}
I_1 &= \int_{0}^{\sqrt{1-z^2}} \left(\frac{z}{y+1}\right)dx \\
&= \left(\frac{z}{y+1}\right) [x]_{x=0}^{x=\sqrt{1-z^2}} \\
&= \left(\frac{z}{y+1}\right) (\sqrt{1-z^2} – 0) \\
&= \frac{z\sqrt{1-z^2}}{y+1}
\end{aligned}
\]

Paso 2: Integral media (respecto a \(z\))

Sustituimos e integramos con respecto a \(z\):
\[
\begin{aligned}
I_2 &= \int_{0}^{1} \frac{z\sqrt{1-z^2}}{y+1} dz \\
&= \frac{1}{y+1} \int_{0}^{1} z\sqrt{1-z^2} dz
\end{aligned}
\]
Para la integral interna \(\int_{0}^{1} z\sqrt{1-z^2} dz\), usamos la sustitución \(u = 1 – z^2\), de donde \(z\,dz = -\frac{1}{2}du\).

\[
\begin{aligned}
\int_{0}^{1} z\sqrt{1-z^2} dz &= \int_{1}^{0} \sqrt{u} \left(-\frac{1}{2}du\right) \\
&= \frac{1}{2} \int_{0}^{1} u^{1/2} du \\
&= \frac{1}{2} \left[ \frac{u^{3/2}}{3/2} \right]_{0}^{1} \\
&= \frac{1}{3} (1^{3/2} – 0^{3/2}) = \frac{1}{3}
\end{aligned}
\]
Sustituyendo el resultado en \(I_2\):
\[
I_2 = \frac{1}{y+1} \cdot \frac{1}{3} = \frac{1}{3(y+1)}
\]

Paso 3: Integral exterior (respecto a \(y\))

Resolvemos la última integral con respecto a \(y\):
\[
\begin{aligned}
I &= \int_{0}^{1} \frac{1}{3(y+1)} dy \\
&= \frac{1}{3} \int_{0}^{1} \frac{1}{y+1} dy \\
&= \frac{1}{3} \left[ \ln|y+1| \right]_{0}^{1} \\
&= \frac{1}{3} \left( \ln(2) – \ln(1) \right) \\
&= \frac{1}{3} \ln(2)
\end{aligned}
\]


Bibliografía

  • Capítulo 15 del libro Cálculo de varias variables, de James Stewart.

Ejercicio: ¿Cuál es el volumen del sólido coloreado en la imagen?

  • 1/12
  • 4/13
  • 1
  • Ninguno de ellos

A.)

Navegación de entradas

ALG: Factorización QR
MathBio: Ecuaciones Diferenciales

Novela

La Loba, la lucha fraticida por un reino

La Loba, la lucha fratricida por un reino.

Urraca, señora de Zamora, acusada de instigar la muerte de su hermano, el rey Sancho de Castilla, deberá defenderse de la acusación, al tiempo que luchará por mantener la cohesión entre los hermanos y los reinos cristianos: una lobera de fieros lobeznos.

👉 En amazon

Entradas recientes

  • MAD: Presentación
  • ALG: Ejercicios de repaso
  • ALG: Diagonalización de una matriz
  • ALG: Autovectores y autovalores con maxima
  • ALG: Autovectores y autovalores
febrero 2026
L M X J V S D
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
232425262728  
« Dic    

Categorías

  • Álgebra Lineal
  • general
  • Matemática Discreta
  • MathBio

Etiquetas

Prácticas MathBio Prácticas Álgebra

Meta

  • Acceder
  • Feed de entradas
  • Feed de comentarios
  • WordPress.org
©2026 Diario de clases | Diseño: Tema de WordPress Newspaperly