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,
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
\[\iiint_{Q}\, f(x,y,z) dV = \int_{a}^{b}\int_{h_1(x)}^{h_2(x)}\int_{g_1(x,y)}^{g_2(x,y)}\, f(x,y,z) dz dy dx\]
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 \(z\,dz = -\frac{1}{2}du\).