题目
13. Omega是球心在原点,半径为1的球体,则三重积分iiintlimits_(Omega)e^x^(2+y^2+z^2)dV=____.
13. $\Omega$是球心在原点,半径为1的球体,则三重积分$\iiint\limits_{\Omega}e^{x^{2}+y^{2}+z^{2}}dV=$____.
题目解答
答案
将三重积分转换为球坐标系,其中 $x = r\sin\theta\cos\phi$,$y = r\sin\theta\sin\phi$,$z = r\cos\theta$,体积元素 $dV = r^2\sin\theta\,dr\,d\theta\,d\phi$。
积分范围为 $0 \leq r \leq 1$,$0 \leq \theta \leq \pi$,$0 \leq \phi \leq 2\pi$,被积函数变为 $e^{r^2}$。
分解积分:
\[
\iiint_{\Omega} e^{r^2} r^2\sin\theta\,dr\,d\theta\,d\phi = \left(\int_{0}^{2\pi} d\phi\right)\left(\int_{0}^{\pi} \sin\theta\,d\theta\right)\left(\int_{0}^{1} e^{r^2} r^2\,dr\right).
\]
计算各部分:
\[
\int_{0}^{2\pi} d\phi = 2\pi, \quad \int_{0}^{\pi} \sin\theta\,d\theta = 2, \quad \int_{0}^{1} e^{r^2} r^2\,dr = \frac{1}{2}(e - 1).
\]
组合结果:
\[
2\pi \cdot 2 \cdot \frac{1}{2}(e - 1) = 2\pi(e - 1).
\]
**答案:** $\boxed{2\pi(e-1)}$