问题标题:
一道数学第一类曲面积分题求面x^2+y^2+z^2=a^2被柱面x^2+y^2=ax截下部分的面积
问题描述:
一道数学第一类曲面积分题
求面x^2+y^2+z^2=a^2被柱面x^2+y^2=ax截下部分的面积
马连湘回答:
面积=∫∫√[1+(z'x)²+(z'y)²dxdy
其中z'x=-x/z,z'y=-y/z
√[1+(z'x)²+(z'y)²=|a/z|
现在分析被积区域的取值范围
先考虑z>0部分,余下的z0部分面积一样
交线在平面z=0的投影是x²+y²=ax,写成极坐标就是r=acost
其中r的取值范围是(0,a),t的取值范围是(-π/2,π/2)
而z=√(a²-x²-y²)=√(a²-r²)
面积(z>0)=∫∫(a/z)dxdy=∫(-π/2,π/2)dt∫(0,acost)[a/√(a²-r²)]rdr
=∫(-π/2,π/2)dt*a²(1-|sint|)=a²(t+cost)|(0,π/2)+a²(t-cost)|(-π/2,0)=a²(π-2)
所以总面积为(2π-4)a²
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