题目
xzdxdydz,其中xzdxdydz是曲面xzdxdydz,xzdxdydz,xzdxdydz,以及抛物柱面xzdxdydz所围成的闭区域






题目解答
答案
原式




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解析
考查要点:本题主要考查三重积分的计算,涉及空间区域的确定、积分次序的选择以及奇偶函数的积分性质应用。
解题核心思路:
- 确定积分区域:通过分析曲面方程,明确积分区域在$x$-$y$-$z$空间中的范围。
- 选择积分次序:根据区域形状,选择合理的积分次序(本题选择先$z$后$y$再$x$)。
- 分步积分:对每个变量逐层积分,注意利用奇偶函数的性质简化计算。
破题关键点:
- 积分区域投影:将三维区域投影到$x$-$y$平面,确定$x$和$y$的范围。
- 奇函数性质:被积函数$xz$在对称区间$[-1,1]$上积分时,可快速判断结果为零。
步骤1:确定积分区域
- $z$的范围:由$z=0$到$z=y$,即$0 \leq z \leq y$。
- $y$的范围:由抛物柱面$y=x^2$到平面$y=1$,即$x^2 \leq y \leq 1$。
- $x$的范围:由$y=x^2 \leq 1$得$x \in [-1,1]$。
步骤2:建立三重积分表达式
$\iiint xz \, dx \, dy \, dz = \int_{-1}^{1} \int_{x^2}^{1} \int_{0}^{y} xz \, dz \, dy \, dx$
步骤3:逐层积分
-
对$z$积分:
$\int_{0}^{y} xz \, dz = x \cdot \frac{z^2}{2} \Big|_{0}^{y} = \frac{xy^2}{2}$ -
对$y$积分:
$\int_{x^2}^{1} \frac{xy^2}{2} \, dy = \frac{x}{2} \cdot \frac{y^3}{3} \Big|_{x^2}^{1} = \frac{x}{6} \left(1 - x^6\right)$ -
对$x$积分:
$\int_{-1}^{1} \frac{x(1 - x^6)}{6} \, dx = \frac{1}{6} \left( \int_{-1}^{1} x \, dx - \int_{-1}^{1} x^7 \, dx \right)$
步骤4:利用奇偶性简化
- $x$是奇函数,在对称区间$[-1,1]$积分结果为$0$。
- $x^7$也是奇函数,积分结果同样为$0$。
- 最终结果为:
$\frac{1}{6} (0 - 0) = 0$