← 全部问题如何从分离的径向积分 ∫0^{√2/2} r(1/2−r2) dr 计算出立体的精确体积?
首先,对多项式
r/2−r3 关于
r 积分,得到
r2/4−r4/4。将该原函数从
0 评估到
2/2。在上限处,
(2/2)2=1/2 且
(2/2)4=1/4。因此,值为
(1/2)/4−(1/4)/4=1/8−1/16=1/16。最后,乘以角度积分结果
2π,得到
2π⋅(1/16)=π/8。
适用条件
- 径向限为 0 到 2/2
- 角度积分贡献因子 2π
理解与推导
- 展开被积函数:r(1/2−r2)=r/2−r3。
- 求原函数:4r2−4r4。
- 在上限 r=2/2 处求值:41/2−41/4=81−161=161。
- 在下限 r=0 处求值:0。
- 乘以角度因子 2π:2π×161=8π。
例子
脚本总结道:“...其值恰好为 π/8。”
容易误解的地方
- 对 2/2 平方时的算术错误。
- 忘记乘以来自 theta 积分的 2π。
相关问题
认识概念↗ 对于连续非负函数,定积分表示由函数图像、水平轴以及区间端点处的垂直线所围成区域的精确面积。
适用条件:函数是连续的。;函数是非负的。;区间是闭区间 [a, b]。
判断用途↗ 如果 g(t) 是绝对可积的(即 ∫∣g(t)∣dt<∞),则普通积分 ∫−∞∞g(t)e−2πiftdt 有良好定义。然而,无限持续的 ideale 正弦波不是绝对可积的,因为其能量分布在无限时间内。
适用条件:考虑时间窗口 T→∞ 的极限。;分析衰减瞬态信号或持续周期信号。
定积分是通过取划分数量 n 趋于无穷大时黎曼和的极限得到的。当 n→∞ 时,每个子区间的宽度 n1 趋于零,矩形面积之和收敛于曲线下方的精确面积。
适用条件:函数 f(x) 在 [0,1] 上是黎曼可积的。;划分是均匀的,有 n 个子区间。;取 n→∞ 的极限。
掌握方法↗ 可以通过认识到被积函数 y=9−x2 的图像是半径为 3 的上半圆来计算定积分。因为该函数在 [−3,3] 上连续且非负,积分等于该区域的普通几何面积。
适用条件:被积函数被识别为 x2+y2=9 的上半圆。;函数在区间 [−3,3] 上连续且非负。;使用圆的实数几何面积公式。
认识概念↗ 立体区域 Ω 定义为满足 x2+y2≤z≤4 的点 (x,y,z) 的集合。它下方由圆形抛物面 z=x2+y2 界定,上方由平面 z=4 界定。
适用条件:下边界是抛物面 z=x2+y2。;上边界是平面 z=4。;区域是有界且闭合的。
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