当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第三章重积分 > 第四节 三重积分 > 空间柱坐标系例题(2)
好 我们再来看一道例题
也是求三重积分的
用柱坐标系变换
要求Ω区域中x平方加上y平方dxdydz
其中Ω区域是这么说的
Ω区域是由一条曲线
y平方等于两倍的z x等于零
这条曲线绕z轴旋转一周而成的
在什么地方呢
在零小于等于z小于等于8那部分区域
我们画一下图来看一下
到底是什么样的区域
xyz 直角坐标系
y平方等于两倍的z 实际上在x等于0
也就是在yz平面上一条抛物线
z的范围是在零到8之间
这条抛物线绕着z轴转一周
正好是转成这么一个图形
所以这就是Ω区域
上面那个平面就是z等于8
我们来看看这个Ω区域中的
x平方加上y平方这个函数的三重积分
我们先来看看Ω区域
在柱坐标系下是如何表示的
我们把这个区域
我们来看看
这个区域朝xy平面上做投影
那么构成的一个曲线
实际上就是
x平方加上y平方等于两倍的z
这是一个曲面
这个曲面就是跳曲线绕着z轴
旋转而成的旋转抛物面 这么一个曲面
这个旋转抛物面和z等于8一交
交出来就是上面那个曲线
所以是z等于8
交出来那条曲线就是
x方加y方等于四的平方
所以我们可以发现
在Ω区域在柱坐标系下
它的表示是这么表示的
φ是从零到2π
有的时候我们就写成小于等于2π
因为就差一点点
对积分来讲是不影响的
零到2π因为它是水平的转一圈
ρ的范围是大于等于零小于等于4
你看从零到四之间
我随便找一点你会发现
z的范围是从这个曲面进去
从平面出来
这个曲面它的方程就是
x平方加上y平方就等于两倍的z
而x平方加上y平方就等于ρ的平方
所以z进去的地方z就等于二分之一的ρ
z大于等于二分之一的ρ的平方
小于等于上面z等于8
所以小于等于8
这就是Ω在柱坐标系下的表达形式
那么我们原来的积分
如果我把这个积分
做一个记号叫做I的话
那么这个积分I就可以写成
从零到2πdφ 从零到4dρ
然后积分下限是二分之ρ的平方
到z等于8
被积函数是x方加y平方
我们把柱坐标系代进去
x平方加y平方就等于ρ的平方
所以就等于ρ的平方乘上ρdz
这个ρ就是柱坐标系和直角坐标系
它的体积微元的比例常数
那么我们可以知道对z的积分
ρ当然就是一个常数
所以这个积分我们可以把它写成
0到2πdφ 零到4dρ
然后我们把ρ的三次方拿出来之后
ρ的三次方变成1的积分
1的积分就是上限减下限
8减去二分之ρ的平方
我们同样可以发现里面先做的积分
被积函数跟φ没关系
上下限跟φ也没有关系
所以它又可以拿出来
那么它就等于2π乘上
从零到4的积分ρ的三次方
8减去二分之ρ的平方dρ
就可以写成
算一下 三分之1024的π
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