立体体积的二重积分公式
当立体由上下两个曲面 和 以及侧面柱面围成时,其体积可以通过对它们在 平面上的投影区域 进行二重积分求得,被积函数为上下曲面之差。
Charles队长 · 哔哩哔哩 · 1:20
该视频演示了如何计算由抛物面 和平面 围成的立体体积。首先通过联立方程求出投影区域边界,确定积分上下限;接着将三重积分转化为二重积分;最后利用平移后的极坐标变换进行计算,得出最终体积为 。
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依据视频画面与讲解整理,并非逐字语音转写。
本段演示如何求由曲面 与平面 所围成立体的体积。画面中展示了三维坐标系下的旋转抛物面和倾斜平面,两者相交形成一个封闭的立体图形。
为了确定积分范围,需要找到两曲面的交线在 平面上的投影。令 ,配方得到 。这是一个圆心在 ,半径为 的圆域。同时明确在该区域内,平面上方为上限,抛物面下方为下限。
根据定积分的几何意义,体积等于二重积分 。由于积分区域是偏离原点的圆,采用平移后的极坐标代换:。代入化简后积分为 ,最终计算得出体积为 。
当立体由上下两个曲面 和 以及侧面柱面围成时,其体积可以通过对它们在 平面上的投影区域 进行二重积分求得,被积函数为上下曲面之差。
求两曲面交线的投影,即消去变量 。本题中令 ,通过配方法将其化为标准圆方程,从而确定积分区域 的形状、中心和半径。
当积分区域是中心不在原点的圆时,常规极坐标难以处理。此时可先平移坐标系使圆心移至原点,再使用极坐标。即令 ,雅可比行列式仍为 。
经过坐标代换和化简,原被积函数变为 (注意这里省略了部分代数推导细节,直接对应视频中的中间步骤),结合面积元素 ,完成定积分计算。