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求对坐标的曲面积分∫∫(x^2*y^2*z)dxdy,其中S是球面x^2+y^2+z^2=R^2的下半部分的下侧

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:数学作业 时间:2024/05/26 01:06:15
求对坐标的曲面积分∫∫(x^2*y^2*z)dxdy,其中S是球面x^2+y^2+z^2=R^2的下半部分的下侧
用公式直接计算:
注意是球面的下侧,所以z=-√R^2-x^2-y^2,化成二重积分时取负号
S在xoy面的投影为Dxy:x^2+y^2≤R^2
则原式化成二重积分=-∫∫(Dxy上)【x^2*y^2*(-√R^2-x^2-y^2)】dxdy
=∫∫(Dxy上)【x^2*y^2*√R^2-x^2-y^2)】dxdy
用极坐标算上述二重积分
=∫(0到2∏)dθ∫(0到R)【(sinθ)^2*(cosθ)^2*r^5*√R^2-r^2】dr
=∫(0到2∏)(sinθ)^2*(cosθ)^2dθ∫(0到R)r^5*√R^2-r^2dr
=2∏R^7/105.
其中∫(0到2∏)(sinθ)^2*(cosθ)^2dθ
=∫(0到2∏)[(1-cos2θ)/2]*[(1+cos2θ)/2]dθ
=∫(0到2∏)[1-(cos2θ)^2]/4dθ
=∫(0到2∏)[1-(1+cos4θ)/2]/4dθ
=∫(0到2∏)(1-cos4θ)/8dθ
=∏/4
其中∫(0到R)r^5*√R^2-r^2dr,令r=Rsint,
得=∫(0到∏/2)R^7*(sint)^5*(cost)^2dt
=R^7∫(0到∏/2)[(sint)^5-(sint)^7]dt
=R^7∫(0到∏/2)[(sint)^4-(sint)^6]*sintdt
=-R^7∫(0到∏/2)[1-(cost)^2]^2*[1-(cost)^2]^3dcost
=-R^7∫(0到∏/2)[(cost)^2-2(cost)^4+(cost)^6]dcost
=8R^7/105.