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在由 z=x2+y2z=x^2+y^2 界定的立体中,水平截面圆盘的半径如何依赖于高度 zz?

截面圆盘的半径 rr 与高度 zz 的平方根成正比。具体来说,r=zr = \sqrt{z}。这是从抛物面方程 z=x2+y2z = x^2+y^2 推导出来的,该方程在极坐标中变为 z=r2z = r^2。

适用条件

  • 立体下方由抛物面 z=x2+y2z=x^2+y^2 界定。
  • 截面在固定高度 zz 处取得。
  • 截面的坐标系是柱坐标/极坐标。

理解与推导

  1. 从边界曲面的方程开始:z=x2+y2z = x^2+y^2。
  2. 将笛卡尔坐标 xx 和 yy 转换为极径 rr:x2+y2=r2x^2+y^2 = r^2。
  3. 将其代入曲面方程:z=r2z = r^2。
  4. 解出 rr 关于 zz 的表达式:r=zr = \sqrt{z}(取正根,因为半径非负)。
  5. 观察到当 zz 从 0 增加到 4 时,rr 从 0 增加到 2。

例子

脚本指出:“揭示每个截面都是一个圆盘,其半径取决于当前高度 zz。”以及“半径 rr 从 00 到 z\sqrt{z}。”

容易误解的地方

  • 认为半径等于 zz(r=zr=z)。
  • 认为半径是恒定的。
  • 混淆直径和半径。

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