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球坐标系例题在线视频

球坐标系例题

下一节:第一类曲线积分的引入

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球坐标系例题课程教案、知识点、字幕

好 我们来看一道例题

用球坐标系算这么一个三重积分

被积函数是x平方加z平方

Ω区域是这么一个区域

(x,y,z)x平方加上y平方加上z-R平方

R是大于零的数

小于等于R的平方

我们先来看看

Ω区域在球坐标系下的表示

画一下图

这是一个球

所以一般看来

用球坐标系比较简单一点

这叫做Ω区域

我们知道Ω区域对θ角来讲

从零到二分之π转了90度

所以θ是大于等于零小于等于二分之π

对φ来讲是水平的转了360度

所以φ是大于等于零小于等于2π

对r来讲 我随便找一个r

这个是在球里面

从某一点出来了

所以r的范围一定是从零开始

到这个球面

所以r大于等于零

我们来看看这个球面的球坐标方程怎么表示

这个球面实际上就是

x方加上y方加上z方等于两倍的Rz

这是球面方程

那么x方加上y方加上z方就等于r的平方

就等于两倍的R

z就是rcosθ

把r去掉

这个球面的方程 r就等于两倍的半径乘上cosθ

所以我们可以看出来r的变化范围

是从零到两倍的Rcosθ

这就是Ω区域在球坐标系下的表示形式

如果我们还是按老样子

记I是这么一个三重积分的话

I就可以写成从零到二分之πdθ

从零到2πdφ

然后是从零到两倍的Rcosθ

被积函数是x平方加z平方

x平方是rsinθcosφ括弧的平方

加上z平方是rcosθ的平方

这是被积函数

乘上体积元素的比例因子

就是r平方sinθdr

所以这就是我们刚才那个三重积分

在球坐标系下的三重积分的表达形式

我们可以看出来r的平方r的平方r的平方

一个是r的四次方

那么对r的积分

就是从零到二分之πdθ

最外的积分我们先不管

然后从零到2πdφ

里面我们把常数拿出来

是sin平方θcos平方φ加上cos平方θ

这是常数 再乘上sinθ

里面从零到两倍的Rcosθ

r的四次方dr

r的平方r的平方r的平方

一共乘起来是r的四次方

那么被积函数sin平方cos平方φ

加上cos平方θ

再乘上这还有一个sinθ

作为θ和φ的函数

对r这个变量来讲它都是一个常数

所以完全可以拿出来的

变成这么一个积分

这个积分我们重新改写一下

可以写成从零到二分之πdθ

从零到2πdφ

那么被积函数我们可以写一下是

sin平方θcos平方φ加上

cos平方θ乘上sinθ

这是原来那个常数

照样抄下来

r的四次方的积分

当然就是五分之r的五次方

我们把上限下限往里面放

乘上五分之32R的五次方cos五次方θ

这就就是一个二重积分

被积函数对φ先做一次积分

然后对θ再做一次积分

这些都是三角函数

所以算起来并不是太复杂

我们给一个最后的答案

这个答案就是15分之28 πR的五次方

这样的话 用球坐标变换

把一个看上去复杂的三重积分

变成了相对来讲比较简单的三次积分

最后我们可以很容易的把它算出来

所以我们可以发现

跟球面有关系的这种曲面

通常用球坐标系会简单一点

那么我们讲了各种各样的坐标系

那么我们可以发现两个问题

我们在原来讲定积分的时候

我们也讲坐标变换讲变量代换

我们讲二重积分和三重积分的时候

同样也讲讲坐标变换讲变量代换

那么它们的目的是不一样的

定积分的变量代换的目的

就是要使被积函数变得简单

因为对定积分来讲 通过变量代换

它把一个区间仍然还是变成一个区间

所以这个没有简单和复杂之分

反正两个都是区间

那么二重积分也好

三重积分的变量代换

其实最终的目的我们希望能够做到

把积分区域变得简单

把被积函数做的简单

然后这两件事情一般来讲

不一定能够同时做到

所以在做变量代换的时候

或者在选择坐标系的时候

对重积分二重积分三重积分来讲

我们实际上更关注的或者说更在意的

就是使这个积分区域变得简单

那么球坐标系柱坐标系

包括二重积分的极坐标系椭圆坐标系

对于某一类特定的一些区域

那么通过这些坐标变换

通常会变得简单一点

微积分——多元函数与重积分课程列表:

第一章 多元函数微分学

-第一节 多元连续函数

--向量的内积与长度-1

--向量的内积与长度-2

--R^n中的点列的收敛性

--内点、外点、边界点-1

--内点、外点、边界点-2

--开集、闭集、区域

--多元函数的有关概念

--二重极限的定义

--二重极限的例题

--二次极限的定义

--连续与一致连续的定义

--连续函数的性质-1

--连续函数的性质-2

--连续函数的性质-3

-第一章 多元函数微分学--第一节练习题

-第二节 多元函数的偏导数

--偏导数的概念

--偏导数的几何意义

--高阶偏导数的概念

--混和偏导数与求导顺序无关的条件

-第一章 多元函数微分学--第二节练习题

-第三节 多元函数的全微分

--全微分的概念

--可微的必要条件

--可微的充分条件

--可微的充要条件

--多元函数的原函数

-第一章 多元函数微分学--第三节练习题

-第四节 多元函数的微分法

--复合函数微分法之一

--复合函数微分法之二

--复合函数求导数(举例)

--隐函数存在定理

--隐函数求导法(举例)

--隐函数组求导法

-第一章 多元函数微分学--第四节练习题

-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量

--方向导数的概念

--方向导数的计算

--梯度向量的概念与计算

-第一章 多元函数微分学--第五节练习题

-第六节 映射及其微分

--映射与连续映射的概念

--映射的导数、微分、雅克比矩阵

--复合映射的微分法

-第一章 多元函数微分学--第六节练习题

-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式-2

--二元函数带有Lagrange型余项的泰勒公式

-第一章 多元函数微分学--第七节练习题

第二章 多元函数微分学应用

-第一节 多元函数微分学的几何应用

--空间曲线的切线与法平面(之一)

--空间曲线的切线与法平面(之二)

--空间曲线的切线与法平面问题举例

--曲面的切平面与法线(之一)

--曲面的切平面与法线(之二)

--曲面的切平面与法线(之三)

--曲面的切平面与法线问题举例

-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题

-第二节 多元函数的极值

--极值点的概念和必要条件

--极值点的判别法

--极值问题举例

-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题

-第三节 多元函数的条件极值

--二元函数条件极值问题的提法

--三元函数条件极值问题的提法(之一)

--三元函数条件极值问题的提法(之二)

--条件极值问题的直接解法

--条件极值问题的Lagrange解法

--条件极值问题举例

--多元函数在有界闭域上的最值

--最小二乘法

-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题

第三章重积分

-第一节 二重积分的概念和性质

--二重重积分引入

--二重积分定义

--二重积分性质

--关于二重积分性质的例题

-第二节 二重积分的计算

--二重积分的计算:直角坐标系(1)

--二重积分的计算:直角坐标系(2)

--二重积分的计算:直角坐标系(3)

-第三章重积分--第二节练习题

-第三节 极坐标系及一般坐标系

--极坐标系

--一般坐标系

--二重积分的一般坐标变换公式

--二重积分的计算:极坐标系

--二重积分的计算:极坐标系例题

--二重积分的计算:一般坐标系例题

-第三章重积分--第三节练习题

-第四节 三重积分

--三重积分的引入

--三重积分的定义

--三重积分的性质

--直角坐标系

--三重积分的计算:例题(1)

--三重积分的计算:例题(2)

--空间坐标变换

--空间柱坐标系

--空间柱坐标系例题(1)

--空间柱坐标系例题(2)

--球坐标系

--球坐标系例题

-第三章重积分--第四节 练习题

-第五节 第一类曲线积分

--第一类曲线积分的引入

--第一类曲线积分的定义

--第一类曲线积分的性质

--第一类曲线积分的计算公式

--第一类曲线积分的计算例题

-第三章重积分--第五节 练习题

-第六节 第一类曲面积分

--第一类曲面积分的引入

--第一类曲面积分的定义

--第一类曲面积分的性质

--第一类曲面积分的计算公式

--第一类曲面积分的计算例题(1)

--第一类曲面积分的计算例题(2)

-第三章重积分--第六节 练习题

-第七节 含参变量积分

--含参定积分的定义

--含参积分的连续性

--含参积分的导数

--含参积分的例题

-- 广义含参积分的一致收敛性

--广义含参积分的连续性和积分导数

-第三章重积分--第七节 练习题

第四章 向量分析

-第一节 第二类曲线积分

--第二类曲线积分的引入

--第二类曲线积分的定义

--第二类曲线积分的性质第二类曲线积分的性质

--第二类曲线积分的性质

-第四章 向量分析--第一节 练习题

-第二节 Green公式及其应用

--平面第二类曲线积分:Green公式

--平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式

-第四章 向量分析--第二节 练习题

-第三节 第二类曲面积分

--曲面的定向

--第二类曲面积分的引入

--第二类曲面积分的定义与性质

--第二类曲面积分的计算

-第四章 向量分析--第三节 练习题

-第四节 Gauss公式与Stokes公式

--Gauss公式

--第二类曲面积分的计算:Gauss公式

--Stokes公式及其应用

-第四章 向量分析--第四节 练习题

-第五节 无源场,保守场与调和场

--平面保守场

--势函数及其计算

--空间保守场

--常见的场

-第四章 向量分析--第五节 练习题

第五章 常微分方程

-第一节 微分方程的基本概念

--微分方程概念举例

--微分方程的基本概念

--一阶微分方程定解问题解的存在唯一性

-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)

--变量分离方程

--齐次型方程

--可化为齐次型方程的方程

--一阶线性微分方程的概念和解的性质

--一阶线性微分方程的解法

--Bernoulli方程

--可降阶方程(之一)

--可降阶方程(之二)

-第五章 常微分方程--第二节 练习题

-第三节 高阶线性微分方程解的结构

--线性微分方程解的性质

--函数组线性相关(无关)的概念

--函数组线性相关的必要条件

--线性微分方程解函数组线性相关的判别法

--线性微分方程解的结构

-第五章 常微分方程--第三节 练习题

-第四节 高阶线性常系数微分方程

--视频5--17 二阶线性齐次微分方程的特征法

--n阶线性齐次微分方程的特征法

-- 线性齐次微分方程的特征法举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之一)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法(之二)

--欧拉方程

--欧拉方程举例

-第五章 常微分方程--第四节 练习题

球坐标系例题笔记与讨论

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