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第37题
计算 $\iiint_{\Omega}(ax+by+cz^2)\,dV$,其中 $a,b,c$ 为常数,$\Omega=\{(x,y,z)\mid x^2+y^2+z^2\le 2\}$。
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答案
$\dfrac{16\sqrt{2}\,c\pi}{15}$
三重积分
球坐标
对称性
轮换对称性
📋 解题步骤
1
利用对称性化简
▼
$\iiint_\Omega ax\,dV=0$,$\iiint_\Omega by\,dV=0$(奇函数对称),原式化为 $c\iiint_\Omega z^2\,dV$。
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2
轮换对称性
▼
由轮换对称 $\iiint_\Omega z^2\,dV=\frac13\iiint_\Omega(x^2+y^2+z^2)\,dV$。
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3
球坐标积分
▼
$\frac c3\int_0^{2\pi}d\theta\int_0^\pi\sin\varphi\,d\varphi\int_0^{\sqrt2}r^2\cdot r^2\,dr=\frac c3\cdot2\pi\cdot2\cdot\frac{(\sqrt2)^5}{5}$。
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4
求值
▼
$\frac{4\pi c}{3}\cdot\frac{4\sqrt2}{5}=\frac{16\sqrt2\,c\pi}{15}$。
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