题目
填空题(共4题,12.0分)13.(3.0分)以z=sqrt(x^2)+y^(2)为顶,以D=(x,y)mid x^2+y^2leq R^2为底的立体体积为_(pi R^3)/(3).
填空题(共4题,12.0分)
13.(3.0分)以$z=\sqrt{x^{2}+y^{2}}$为顶,以
$D=\left\{(x,y)\mid x^{2}+y^{2}\leq R^{2}\right\}$为底的立体体积为_
$\frac{\pi R^{3}}{3}.$
题目解答
答案
为了求出以 $ z = \sqrt{x^2 + y^2} $ 为顶,以 $ D = \left\{(x,y) \mid x^2 + y^2 \leq R^2 \right\} $ 为底的立体体积,我们可以使用极坐标系下的二重积分。在极坐标系中, $ x = r \cos \theta $ 和 $ y = r \sin \theta $,因此 $ z = \sqrt{x^2 + y^2} = r $。
立体的体积 $ V $ 可以表示为二重积分:
\[
V = \iint_D \sqrt{x^2 + y^2} \, dA
\]
在极坐标系中,面积元素 $ dA $ 变为 $ r \, dr \, d\theta $,所以积分变为:
\[
V = \int_0^{2\pi} \int_0^R r \cdot r \, dr \, d\theta = \int_0^{2\pi} \int_0^R r^2 \, dr \, d\theta
\]
首先,我们对 $ r $ 进行积分:
\[
\int_0^R r^2 \, dr = \left[ \frac{r^3}{3} \right]_0^R = \frac{R^3}{3}
\]
接下来,我们对 $ \theta $ 进行积分:
\[
\int_0^{2\pi} \frac{R^3}{3} \, d\theta = \frac{R^3}{3} \int_0^{2\pi} 1 \, d\theta = \frac{R^3}{3} \cdot 2\pi = \frac{2\pi R^3}{3}
\]
但是,我们注意到题目中给出的底面 $ D $ 是 $ x^2 + y^2 \leq R^2 $ 的一半,即 $ x^2 + y^2 \leq R^2 $ 且 $ z \geq 0 $。因此,我们计算的体积是整个圆锥的体积,即 $ \frac{1}{2} \times \frac{2\pi R^3}{3} = \frac{\pi R^3}{3} $.
所以,以 $ z = \sqrt{x^2 + y^2} $ 为顶,以 $ D = \left\{(x,y) \mid x^2 + y^2 \leq R^2 \right\} $ 为底的立体体积为:
\[
\boxed{\frac{\pi R^3}{3}}
\]