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在指定立体区域上 (x2+y2)(x^2+y^2) 的三重积分的最终值是多少?

三重积分的最终值是 32π3\frac{32\pi}{3}。这是通过评估从 z=0z=0 到 z=4z=4 的 π2z2\frac{\pi}{2}z^2 的外层积分获得的。

适用条件

  • 立体区域由 z=x2+y2z=x^2+y^2 和 z=4z=4 界定。
  • 被积函数是 x2+y2x^2+y^2。
  • 计算遵循切片法,内层积分使用极坐标。

理解与推导

  1. 评估圆盘 D(z)D(z) 上的内层二重积分,得到 π2z2\frac{\pi}{2}z^2。
  2. 设置外层积分:∫04π2z2 dz\int_0^4 \frac{\pi}{2}z^2 \, dz。
  3. 计算原函数:π2⋅z33=π6z3\frac{\pi}{2} \cdot \frac{z^3}{3} = \frac{\pi}{6}z^3。
  4. 应用从 00 到 44 的界限:π6(43−03)=π6(64)\frac{\pi}{6}(4^3 - 0^3) = \frac{\pi}{6}(64)。
  5. 化简结果:64π6=32π3\frac{64\pi}{6} = \frac{32\pi}{3}。

例子

脚本指出:“评估后得到 14z2\frac{1}{4}z^2,沿 zz 积分后得出最终答案 32π3\frac{32\pi}{3}。”(注:脚本提到的 14z2\frac{1}{4}z^2 可能指的是乘以 2π2\pi 之前的径向部分,或者转录略有歧义,但最终答案 32π3\frac{32\pi}{3} 是明确的)。

容易误解的地方

  • 对 4 进行立方或化简分数时的算术错误。
  • 忘记乘以来自角度积分的 2π2\pi。
  • 将中间结果 π2z2\frac{\pi}{2}z^2 与最终答案混淆。

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