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在对体积计算应用平移极坐标代换后,得到的简化单变量积分形式是什么?

将 x=1/2+rcos⁡θx=1/2+r\cos\theta 和 y=1/2+rsin⁡θy=1/2+r\sin\theta 代入被积函数并包含雅可比 rr 后,由于对称性,角度部分积分结果为 2π2\pi,剩下径向积分 ∫02/2r(1/2−r2)dr\int_0^{\sqrt{2}/2} r(1/2-r^2) dr。完整的分离形式为 ∫02πdθ∫02/2r(1/2−r2)dr\int_0^{2\pi} d\theta \int_0^{\sqrt{2}/2} r(1/2-r^2) dr。

适用条件

  • 已应用平移极坐标
  • 包含雅可比 rr

理解与推导

  1. 将 xx 和 yy 代入 x+y−x2−y2x+y - x^2-y^2。
  2. 利用三角恒等式 (cos⁡2+sin⁡2=1\cos^2+\sin^2=1) 简化代数表达式。
  3. 乘以来自 dxdy=rdrdθdx dy = r dr d\theta 的雅可比 rr。
  4. 由于限是常数,分离积分。
  5. rr 的被积函数变为 r(1/2−r2)r(1/2-r^2)。

例子

脚本指出:“简化后,积分变为 ∫02πdθ∫0\int _0^{2π} dθ \int _0^{√2/22/2} r(1/2−r2)r(1/2-r^2) dr...”

容易误解的地方

  • 忘记乘以雅可比 rr。
  • 展开平方项 (1/2+rcos⁡θ)2(1/2+r\cos\theta)^2 时出错。

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