题目
iint (4(x)^3+6(y)^5+z)dv=( ) ,iint (4(x)^3+6(y)^5+z)dv=( )是由iint (4(x)^3+6(y)^5+z)dv=( )所围成。A.iint (4(x)^3+6(y)^5+z)dv=( )B.iint (4(x)^3+6(y)^5+z)dv=( )C.iint (4(x)^3+6(y)^5+z)dv=( )D.iint (4(x)^3+6(y)^5+z)dv=( )
,
是由
所围成。
A.
B.
C.
D.
题目解答
答案
原式=
由于关于
对称且
关于
对称
原式=
转化为极坐标为:
答案选D
解析
步骤 1:确定积分区域
题目中给出的积分区域是由${x}^{2}+{y}^{2}\leqslant 2z$和$0\leqslant z\leqslant 1$所围成的。这意味着在$z$方向上,$z$的取值范围是$[0,1]$,而在$x$和$y$方向上,$x$和$y$的取值范围由${x}^{2}+{y}^{2}\leqslant 2z$决定,即在每个$z$值下,$x$和$y$的取值范围是一个半径为$\sqrt{2z}$的圆。
步骤 2:将积分转换为极坐标
由于积分区域在$x$和$y$方向上是一个圆,因此将积分转换为极坐标会更加方便。在极坐标下,$x=r\cos\theta$,$y=r\sin\theta$,$dxdy=rdrd\theta$。因此,原积分可以写为:
$$\int_{0}^{1}\int_{0}^{2\pi}\int_{0}^{\sqrt{2z}}(4r^3\cos^3\theta+6r^5\sin^5\theta+z)rdrd\theta dz$$
步骤 3:计算积分
由于$4r^3\cos^3\theta$和$6r^5\sin^5\theta$在$\theta$方向上是奇函数,因此它们在$[0,2\pi]$上的积分结果为0。因此,原积分可以简化为:
$$\int_{0}^{1}\int_{0}^{2\pi}\int_{0}^{\sqrt{2z}}zrdrd\theta dz$$
$$=\int_{0}^{1}\int_{0}^{2\pi}z\left[\frac{r^2}{2}\right]_{0}^{\sqrt{2z}}d\theta dz$$
$$=\int_{0}^{1}\int_{0}^{2\pi}z\frac{2z}{2}d\theta dz$$
$$=\int_{0}^{1}\int_{0}^{2\pi}z^2d\theta dz$$
$$=\int_{0}^{1}2\pi z^2dz$$
$$=2\pi\left[\frac{z^3}{3}\right]_{0}^{1}$$
$$=\frac{2\pi}{3}$$
题目中给出的积分区域是由${x}^{2}+{y}^{2}\leqslant 2z$和$0\leqslant z\leqslant 1$所围成的。这意味着在$z$方向上,$z$的取值范围是$[0,1]$,而在$x$和$y$方向上,$x$和$y$的取值范围由${x}^{2}+{y}^{2}\leqslant 2z$决定,即在每个$z$值下,$x$和$y$的取值范围是一个半径为$\sqrt{2z}$的圆。
步骤 2:将积分转换为极坐标
由于积分区域在$x$和$y$方向上是一个圆,因此将积分转换为极坐标会更加方便。在极坐标下,$x=r\cos\theta$,$y=r\sin\theta$,$dxdy=rdrd\theta$。因此,原积分可以写为:
$$\int_{0}^{1}\int_{0}^{2\pi}\int_{0}^{\sqrt{2z}}(4r^3\cos^3\theta+6r^5\sin^5\theta+z)rdrd\theta dz$$
步骤 3:计算积分
由于$4r^3\cos^3\theta$和$6r^5\sin^5\theta$在$\theta$方向上是奇函数,因此它们在$[0,2\pi]$上的积分结果为0。因此,原积分可以简化为:
$$\int_{0}^{1}\int_{0}^{2\pi}\int_{0}^{\sqrt{2z}}zrdrd\theta dz$$
$$=\int_{0}^{1}\int_{0}^{2\pi}z\left[\frac{r^2}{2}\right]_{0}^{\sqrt{2z}}d\theta dz$$
$$=\int_{0}^{1}\int_{0}^{2\pi}z\frac{2z}{2}d\theta dz$$
$$=\int_{0}^{1}\int_{0}^{2\pi}z^2d\theta dz$$
$$=\int_{0}^{1}2\pi z^2dz$$
$$=2\pi\left[\frac{z^3}{3}\right]_{0}^{1}$$
$$=\frac{2\pi}{3}$$