设I=∫∫根号(R^2-x^2-y^2)dxdy,D是由x^2+y^2=R^2所围的闭区域,则I=?A.1/9R^3(3π-4) B.0 C.-1/9R^3(3π-4)D.2/3πR^3
时间: 2023-11-13 22:19:11 浏览: 163
将积分区域转化为极坐标系下的积分区域,有:
$$
I=\int_{0}^{R} \int_{0}^{2\pi} \sqrt{R^2-r^2} \ r \ d\theta \ dr
$$
对于 $\int_{0}^{2\pi} d\theta$ 部分,它是一个常数,可以先进行计算,有:
$$
\int_{0}^{2\pi} d\theta = 2\pi
$$
对于 $\int_{0}^{R} \sqrt{R^2-r^2} \ r \ dr$ 部分,可以进行变量代换 $u=R^2-r^2$,有:
$$
I=\int_{0}^{R} \int_{0}^{2\pi} \sqrt{R^2-r^2} \ r \ d\theta \ dr = \int_{0}^{R} \sqrt{R^2-r^2} \ r \ dr \int_{0}^{2\pi} d\theta = 2\pi \int_{0}^{R} \sqrt{R^2-r^2} \ r \ dr
$$
对于 $\int \sqrt{R^2-r^2} \ r \ dr$ 部分,可以进行变量代换 $r=R\sin\theta$,有:
$$
\int \sqrt{R^2-r^2} \ r \ dr = \int R^2\sin^2\theta \ d\theta = -\frac{1}{2}R^2\cos\theta\sin\theta + \frac{1}{2}R^2\theta
$$
带回原式,有:
$$
\begin{aligned}
I &= 2\pi \int_{0}^{R} \sqrt{R^2-r^2} \ r \ dr \\
&= 2\pi \left(-\frac{1}{2}R^2\cos\theta\sin\theta + \frac{1}{2}R^2\theta\right)\Bigg|_{0}^{R} \\
&= \pi R^3 - \pi R^3 \cos\theta\sin\theta \\
&= \pi R^3 - \frac{1}{2}\pi R^3 \sin2\theta \\
&= \pi R^3 - \frac{1}{2}\pi R^3 \sin\left(2\arccos\frac{x}{R}\right)
\end{aligned}
$$
所以选项A. $1/9R^3(3\pi-4)$ 是正确的。
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