高等数学张宇18讲 第十七讲 三重积分、第一型曲线曲面积分 |
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例题十七例17.4 计算三重积分
I
=
∭
Ω
(
x
2
a
2
+
y
2
b
2
+
z
2
c
2
)
d
x
d
y
d
z
I=\displaystyle\iiint\limits_{\Omega}\left(\cfrac{x^2}{a^2}+\cfrac{y^2}{b^2}+\cfrac{z^2}{c^2}\right)\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z
I=Ω∭(a2x2+b2y2+c2z2)dxdydz,其中
Ω
\Omega
Ω是椭球体
x
2
a
2
+
y
2
b
2
+
z
2
c
2
⩽
1
\cfrac{x^2}{a^2}+\cfrac{y^2}{b^2}+\cfrac{z^2}{c^2}\leqslant1
a2x2+b2y2+c2z2⩽1。
写在最后
例题十七
例17.4 计算三重积分
I
=
∭
Ω
(
x
2
a
2
+
y
2
b
2
+
z
2
c
2
)
d
x
d
y
d
z
I=\displaystyle\iiint\limits_{\Omega}\left(\cfrac{x^2}{a^2}+\cfrac{y^2}{b^2}+\cfrac{z^2}{c^2}\right)\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z
I=Ω∭(a2x2+b2y2+c2z2)dxdydz,其中
Ω
\Omega
Ω是椭球体
x
2
a
2
+
y
2
b
2
+
z
2
c
2
⩽
1
\cfrac{x^2}{a^2}+\cfrac{y^2}{b^2}+\cfrac{z^2}{c^2}\leqslant1
a2x2+b2y2+c2z2⩽1。
解 由于 I = ∭ Ω x 2 a 2 d x d y d z + ∭ Ω y 2 b 2 d x d y d z + ∭ Ω z 2 c 2 d x d y d z , I=\displaystyle\iiint\limits_{\Omega}\cfrac{x^2}{a^2}\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z+\displaystyle\iiint\limits_{\Omega}\cfrac{y^2}{b^2}\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z+\displaystyle\iiint\limits_{\Omega}\cfrac{z^2}{c^2}\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z, I=Ω∭a2x2dxdydz+Ω∭b2y2dxdydz+Ω∭c2z2dxdydz, 其中 ∭ Ω x 2 a 2 d x d y d z = ∫ − a a x 2 a 2 d x ∬ D d y d z \displaystyle\iiint\limits_{\Omega}\cfrac{x^2}{a^2}\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z=\displaystyle\int^a_{-a}\cfrac{x^2}{a^2}\mathrm{d}x\displaystyle\iint\limits_{D}\mathrm{d}y\mathrm{d}z Ω∭a2x2dxdydz=∫−aaa2x2dxD∬dydz,这里 D D D表示椭圆 y 2 b 2 + z 2 c 2 ⩽ 1 − x 2 a 2 \cfrac{y^2}{b^2}+\cfrac{z^2}{c^2}\leqslant1-\cfrac{x^2}{a^2} b2y2+c2z2⩽1−a2x2,即 y 2 b 2 ( 1 − x 2 a 2 ) + z 2 c 2 ( 1 − x 2 a 2 ) ⩽ 1 , \cfrac{y^2}{b^2\left(1-\cfrac{x^2}{a^2}\right)}+\cfrac{z^2}{c^2\left(1-\cfrac{x^2}{a^2}\right)}\leqslant1, b2(1−a2x2)y2+c2(1−a2x2)z2⩽1, 其面积为 π ( b 1 − x 2 a 2 ) ( c 1 − x 2 a 2 ) = π b c ( 1 − x 2 a 2 ) . \pi\left(b\sqrt{1-\cfrac{x^2}{a^2}}\right)\left(c\sqrt{1-\cfrac{x^2}{a^2}}\right)=\pi bc\left(1-\cfrac{x^2}{a^2}\right). π⎝⎛b1−a2x2 ⎠⎞⎝⎛c1−a2x2 ⎠⎞=πbc(1−a2x2). 故 ∭ Ω x 2 a 2 d x d y d z = ∫ − a a π b c a 2 x 2 ( 1 − x 2 a 2 ) d x = 4 15 π a b c . \displaystyle\iiint\limits_{\Omega}\cfrac{x^2}{a^2}\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z=\displaystyle\int^a_{-a}\cfrac{\pi bc}{a^2}x^2\left(1-\cfrac{x^2}{a^2}\right)\mathrm{d}x=\cfrac{4}{15}\pi abc. Ω∭a2x2dxdydz=∫−aaa2πbcx2(1−a2x2)dx=154πabc. 同理可得 ∭ Ω y 2 b 2 d x d y d z = 4 15 π a b c , ∭ Ω z 2 c 2 d x d y d z = 4 15 π a b c . \displaystyle\iiint\limits_{\Omega}\cfrac{y^2}{b^2}\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z=\cfrac{4}{15}\pi abc,\qquad\displaystyle\iiint\limits_{\Omega}\cfrac{z^2}{c^2}\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z=\cfrac{4}{15}\pi abc. Ω∭b2y2dxdydz=154πabc,Ω∭c2z2dxdydz=154πabc. 所以 I = 3 ⋅ 4 15 π a b c = 4 5 π a b c I=3\cdot\cfrac{4}{15}\pi abc=\cfrac{4}{5}\pi abc I=3⋅154πabc=54πabc。(这道题主要利用了对称性求解) 写在最后如果觉得文章不错就点个赞吧。另外,如果有不同的观点,欢迎留言或私信。 欢迎非商业转载,转载请注明出处。 |
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