运用柱坐标系计算三重积分 ∫ ∫ ∫ E √ x 2 + y 2 d V ,其中 E 是由 圆形抛物面 z = 9 − 1 ( x 2 + y 2 ) 和 x y 平面界定的区域。
时间: 2024-04-01 19:37:44 浏览: 41
在柱坐标系下三重积分计算法的探讨 (2009年)
首先,我们需要将积分区域 E 的描述转换为柱坐标系下的描述。由于 E 是由圆形抛物面和 xy 平面界定的区域,因此圆形抛物面的方程可以转换为:
ρ^2 = 9 - z
其中,ρ 和 z 分别是柱坐标系下的径向和轴向坐标。将其转换为极坐标系下的描述:
ρ^2 = 9 - z = 9 - ρ^2 cos^2 θ - ρ^2 sin^2 θ = 9ρ^2 sin^2 θ
因此,我们可以得到积分区域 E 在柱坐标系下的描述:
0 ≤ ρ ≤ 3sinθ
0 ≤ θ ≤ 2π
0 ≤ z ≤ 9 - ρ^2
接下来,我们可以将积分区域 E 中的积分式转换为柱坐标系下的积分式:
∫∫∫E √x^2 + y^2 dV = ∫∫∫E ρ√(ρ^2 cos^2 θ + ρ^2 sin^2 θ)ρ dρdθdz
= ∫0^2π ∫0^3sinθ ∫0^(9-ρ^2) ρ^2 sinθdρdθdz
= ∫0^2π ∫0^3sinθ [(1/3)(9-ρ^2)^3/2]sinθdρdθ
= 2π ∫0^3 [-(1/15)(9-ρ^2)^(5/2)]dρ
= 2π [(2/15)9^(5/2) - (2/15)∫0^3 ρ^5/2 dρ]
= 2π [(2/15)9^(5/2) - (4/21)3^(7/2)]
= 2π [(8/105)9^(5/2) - (4/21)3^(7/2)]
因此,所求的三重积分的结果为 2π [(8/105)9^(5/2) - (4/21)3^(7/2)]。
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