计算曲面积分∫∫∑[dS⼀Z],其中∑是球面x^2+y^2+z^2=a^2被平面z=h(0<h<a)截出的顶部

2024-12-02 05:10:07
推荐回答(3个)
回答1:

球面方程写为:z=√(a²-x²-y²)

∂z/∂x=-x/√(a²-x²-y²),∂z/∂y=-y/√(a²-x²-y²)

dS=√(1+(∂z/∂x)²+(∂z/∂y)²)dxdy

=√[a²/(a²-x²-y²)] dxdy

=a/√(a²-x²-y²) dxdy

则∫∫ (1/z) dS

=∫∫ 1/(a²-x²-y²) dxdy

用极坐标

=∫∫ r/(a²-r²) drdθ

=∫[0→2π]dθ∫[0→√(a²-h²)] r/(a²-r²) dr

=2π∫[0→√(a²-h²)] r/(a²-r²) dr

=π∫[0→√(a²-h²)] 1/(a²-r²) d(r²)

=-2πln|a²-r²| [0→√(a²-h²)]

=2π(lna²-lnh²)

=4πln(a/h)

求不定积分的方法:

第一类换元其实就是一种拼凑,利用f'(x)dx=df(x);而前面的剩下的正好是关于f(x)的函数,再把f(x)看为一个整体,求出最终的结果。(用换元法说,就是把f(x)换为t,再换回来)。

分部积分,就那固定的几种类型,无非就是三角函数乘上x,或者指数函数、对数函数乘上一个x这类的,记忆方法是把其中一部分利用上面提到的f‘(x)dx=df(x)变形,再用∫xdf(x)=f(x)x-∫f(x)dx这样的公式,当然x可以换成其他g(x)。

回答2:

曲面积分∫∫∑[dS/Z],其中∑是球面x^2+y^2+z^2=a^2被平面z=h(0<h<a)截出的顶部技巧:在曲面上的定积分(曲面可以是空间中的弯曲子集);它可以视为和线积分相似的双重积分。给定一个曲面,可以在上面对标量场(也即,返回数值的函数)进行积分,也可以对向量场(也即,返回向量值的函数)积分。

对面积的曲面积分和对坐标轴的曲面积分是可以转化的;两类曲面积分的区别在于形式上积分元素的不同,第一类曲面积分的积分元素是面积元素dS,例如:在积分曲面Σ上的对面积的曲面积分。

技巧:

1、利用对称性及重心公式简化计算。

2、利用高斯公式:注意公式使用条件和添加辅助面的技巧,(辅助面一般取平行坐标面的平面)。

3、两类曲面积分的转化。

回答3:

球面方程写为:z=√(a²-x²-y²)
∂z/∂x=-x/√(a²-x²-y²),∂z/∂y=-y/√(a²-x²-y²)
dS=√(1+(∂z/∂x)²+(∂z/∂y)²)dxdy
=√[a²/(a²-x²-y²)] dxdy
=a/√(a²-x²-y²) dxdy

则∫∫ (1/z) dS
=∫∫ 1/(a²-x²-y²) dxdy
用极坐标
=∫∫ r/(a²-r²) drdθ
=∫[0→2π]dθ∫[0→√(a²-h²)] r/(a²-r²) dr
=2π∫[0→√(a²-h²)] r/(a²-r²) dr
=π∫[0→√(a²-h²)] 1/(a²-r²) d(r²)
=-2πln|a²-r²| [0→√(a²-h²)]
=2π(lna²-lnh²)
=4πln(a/h)

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