题目
平面x+2y+3z=1被柱面y^2+z^2=1所截部分的面积为______. A sqrt(14)pi B sqrt(3)pi C sqrt(6)pi D sqrt(11)pi
平面$x+2y+3z=1$被柱面$y^2+z^2=1$所截部分的面积为______.
A $\sqrt{14}\pi$
B $\sqrt{3}\pi$
C $\sqrt{6}\pi$
D $\sqrt{11}\pi$
题目解答
答案
为了求出平面 $x + 2y + 3z = 1$ 被柱面 $y^2 + z^2 = 1$ 所截部分的面积,我们可以使用曲面面积的公式。曲面 $z = f(x, y)$ 在区域 $D$ 上的面积 $A$ 由下式给出:
\[ A = \iint_D \sqrt{1 + \left(\frac{\partial z}{\partial x}\right)^2 + \left(\frac{\partial z}{\partial y}\right)^2} \, dA \]
首先,我们需要将平面方程表示为 $z$ 的形式。从 $x + 2y + 3z = 1$,我们解出 $z$:
\[ z = \frac{1 - x - 2y}{3} \]
接下来,我们计算偏导数 $\frac{\partial z}{\partial x}$ 和 $\frac{\partial z}{\partial y}$:
\[ \frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{1}{3}, \quad \frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{2}{3} \]
将这些代入曲面面积的公式中,我们得到:
\[ A = \iint_D \sqrt{1 + \left(-\frac{1}{3}\right)^2 + \left(-\frac{2}{3}\right)^2} \, dA = \iint_D \sqrt{1 + \frac{1}{9} + \frac{4}{9}} \, dA = \iint_D \sqrt{\frac{14}{9}} \, dA = \iint_D \frac{\sqrt{14}}{3} \, dA \]
区域 $D$ 是 $yz$-平面上由 $y^2 + z^2 = 1$ 定义的圆盘。这个圆盘的面积是 $\pi$。由于积分是常数,我们可以将其从积分中提出:
\[ A = \frac{\sqrt{14}}{3} \times \text{圆盘的面积} = \frac{\sqrt{14}}{3} \times \pi \times 1^2 = \frac{\sqrt{14} \pi}{3} \]
然而,我们需要考虑平面 $x + 2y + 3z = 1$ 被柱面 $y^2 + z^2 = 1$ 所截的面积,这在 $xyz$-空间中是一个曲面,而不是 $yz$-平面上的圆盘。曲面的面积是圆盘面积的 $\sqrt{14}$ 倍,因为平面在 $yz$-平面上的投影是 $\frac{1}{\sqrt{14}}$ 倍的曲面面积。
因此,曲面的面积是:
\[ A = \sqrt{14 \pi} \]
所以,正确答案是:
\[ \boxed{A} \]