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如何从分离的径向积分 ∫0\int _0^{√2/22/2} r(1/2−r2)r(1/2-r^2) dr 计算出立体的精确体积?

首先,对多项式 r/2−r3r/2 - r^3 关于 rr 积分,得到 r2/4−r4/4r^2/4 - r^4/4。将该原函数从 00 评估到 2/2\sqrt{2}/2。在上限处,(2/2)2=1/2(\sqrt{2}/2)^2 = 1/2 且 (2/2)4=1/4(\sqrt{2}/2)^4 = 1/4。因此,值为 (1/2)/4−(1/4)/4=1/8−1/16=1/16(1/2)/4 - (1/4)/4 = 1/8 - 1/16 = 1/16。最后,乘以角度积分结果 2π2\pi,得到 2π⋅(1/16)=π/82\pi \cdot (1/16) = \pi/8。

适用条件

  • 径向限为 00 到 2/2\sqrt{2}/2
  • 角度积分贡献因子 2π2\pi

理解与推导

  1. 展开被积函数:r(1/2−r2)=r/2−r3r(1/2-r^2) = r/2 - r^3。
  2. 求原函数:r24−r44\frac{r^2}{4} - \frac{r^4}{4}。
  3. 在上限 r=2/2r=\sqrt{2}/2 处求值:1/24−1/44=18−116=116\frac{1/2}{4} - \frac{1/4}{4} = \frac{1}{8} - \frac{1}{16} = \frac{1}{16}。
  4. 在下限 r=0r=0 处求值:00。
  5. 乘以角度因子 2π2\pi:2π×116=π82\pi \times \frac{1}{16} = \frac{\pi}{8}。

例子

脚本总结道:“...其值恰好为 π/8π/8。”

容易误解的地方

  • 对 2/2\sqrt{2}/2 平方时的算术错误。
  • 忘记乘以来自 theta 积分的 2π2\pi。

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