作业帮 > 数学 > 作业

重积分应用求球面X^2+Y^2+Z^2=a^2含在圆柱面X^2+Y^2=aX内部的那部分面积.极坐标那块特别注意.

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:数学作业 时间:2024/05/25 01:25:38
重积分应用
求球面X^2+Y^2+Z^2=a^2含在圆柱面X^2+Y^2=aX内部的那部分面积.
极坐标那块特别注意.
对称地,有上下两片,以下求上面的那一片(记为∑)的面积A:
∑在xoy面的投影域,是圆X^2+Y^2=aX的内部(记为Dxy),则有公式
A=∫∫∑dS=∫∫Dxy√[1+(Z’x)^2+(Z’y)^2] dxdy,其中
√[1+(Z’x)^2+(Z’y)^2] 中的函数Z为∑的方程之Z=√[a^2 - x^2 - y^2] ,由此求得
√[1+(Z’x)^2+(Z’y)^2] =a/√[a^2 - x^2 - y^2],故
A=a∫∫Dxy1/√[a^2 - x^2 - y^2]dxdy,对这个二重积分采用极坐标计算,其积分限确定为
0≤θ≤∏,0≤r≤acosθ,盖因:
域Dxy,即圆x^2+y^2=ax的内部的极角范围是0≤θ≤∏;
极半径r的范围是从0到圆x^2+y^2=ax的边界,而圆x^2+y^2=ax的极坐标方程是r=acosθ:是
把极坐标与直角坐标的关系式x^2+y^2=r^2以及x=rcosθ代入圆x^2+y^2=ax这个方程中得到的【注意此方法】
于是,A=a∫(0到∏)dθ∫(0到acosθ)r/√[a^2 - r^2]dr=a^2(∏-2)
则2A=2a^2(∏-2)就是所求面积.
本题也可以只求第一卦限的那片面积,然后4倍之.