题目
设D:x^2+y^2leq2x,由二重积分的几何意义知 intintsqrt(2x-x^2)-y^(2),dx,dy=()A. (2)/(3)piB. (1)/(3)piC. AD. (4)/(3)pi
设$D:x^{2}+y^{2}\leq2x$,由二重积分的几何意义知 $\int\int\sqrt{2x-x^{2}-y^{2}}\,dx\,dy=$()
A. $\frac{2}{3}\pi$
B. $\frac{1}{3}\pi$
C. $A$
D. $\frac{4}{3}\pi$
题目解答
答案
A. $\frac{2}{3}\pi$
解析
本题考查二重积分的几何意义以及圆的方程相关知识。解题的关键在于理解二重积分的几何意义,将被积函数转化为常见的几何图形的表达式,再结合积分区域确定该几何图形的具体参数,最后根据相应的体积公式计算出结果。
- 分析被积函数:
已知被积函数$z = \sqrt{2x - x^2 - y^2}$,对其进行变形。
给等式两边同时平方可得$z^2 = 2x - x^2 - y^2$,移项后得到$x^2 - 2x + y^2 + z^2 = 0$。
对$x$进行配方,$x^2 - 2x=(x - 1)^2 - 1$,则方程变为$(x - 1)^2 - 1 + y^2 + z^2 = 0$,进一步整理得$(x - 1)^2 + y^2 + z^2 = 1$。
因为$z = \sqrt{2x - x^2 - y^2}\geq0$,所以它表示的是以点$(1,0,0)$为球心,半径$R = 1$的上半球面。 - 确定积分区域:
已知积分区域$D:x^{2}+y^{2}\leq2x$,同样对其进行配方。
$x^2 - 2x + y^2\leq0$,$x^2 - 2x=(x - 1)^2 - 1$,则$(x - 1)^2 - 1 + y^2\leq0$,即$(x - 1)^2 + y^2\leq1$。
这表示在$xOy$平面上,以点$(1,0)$为圆心,半径$r = 1$的圆及其内部区域。 - 根据二重积分的几何意义计算积分值:
二重积分$\iint_D f(x,y)dxdy$的几何意义是,当$f(x,y)\geq0$时,它表示以积分区域$D$为底,以曲面$z = f(x,y)$为顶的曲顶柱体的体积。
在本题中,积分区域$D$是半径为$1$的圆,被积函数$z = \sqrt{2x - x^2 - y^2}$表示半径为$1$的上半球面,所以$\iint_D\sqrt{2x - x^2 - y^2}dxdy$表示的是半径为$1$的上半球体的体积。
根据球体体积公式$V=\frac{4}{3}\pi R^3$(其中$R$为球的半径),则上半球体的体积为$\frac{1}{2}\times\frac{4}{3}\pi R^3$。
将$R = 1$代入可得:$\frac{1}{2}\times\frac{4}{3}\pi\times1^3=\frac{2}{3}\pi$。