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第30题
计算 $\displaystyle\iiint_\Omega(x^2+y^2)\,\mathrm{d}v$,其中 $\Omega$ 是由 $zOy$ 面上的曲线 $2z=y^2$ 绕 $z$ 轴旋转一周所得的旋转曲面与平面 $z=8$ 所围成的闭区域。
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答案
$\dfrac{1024\pi}{3}$
三重积分
柱坐标
旋转曲面
截面法
📋 解题步骤
1
求旋转曲面方程
▼
曲线 $2z=y^2$ 绕 $z$ 轴旋转,得旋转曲面 $2z=x^2+y^2$,即 $z=\dfrac{x^2+y^2}{2}$。
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2
求交线并确定区域
▼
与平面 $z=8$ 交于 $x^2+y^2=16$。柱坐标下 $\Omega:0\le\theta\le 2\pi$,$0\le\rho\le 4$,$\dfrac{\rho^2}{2}\le z\le 8$。
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3
计算积分
▼
$\int_0^{2\pi}\mathrm{d}\theta\int_0^4\rho\,\mathrm{d}\rho\int_{\rho^2/2}^8\rho^2\,\mathrm{d}z=2\pi\int_0^4\rho^3\left(8-\dfrac{\rho^2}{2}\right)\,\mathrm{d}\rho$。
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4
求值
▼
$=2\pi\left[2\rho^4-\dfrac{\rho^6}{12}\right]_0^4=2\pi\left(512-\dfrac{1024}{3}\right)=2\pi\cdot\dfrac{512}{3}=\dfrac{1024\pi}{3}$。
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