利用正交变换和对称性求解三重积分

简介: 求     \bexI=V|x+y+2z||4x+4yz|\rdx\rdy\rdz,\eex
    其中 V 是区域 \dpsx2+y2+z241.

求     \bexI=V|x+y+2z||4x+4yz|\rdx\rdy\rdz,\eex

   

其中 V 是区域 \dpsx2+y2+z241.

 

解答:  作变换 \bexx=u,y=v,z2=w,\eex

\beex \bea I&=\iiint_{u^2+v^2+w^2\leq 1} |u+v+4w|\cdot |4u+4v-2w|\cdot 2\rd u\rd v\rd w\\ &=4\iiint_{u^2+v^2+w^2\leq 1}|u+v+4w|\cdot |2u+2v-w|\rd u\rd v\rd w. \eea \eeex
再作变换 \bex˜u=u+v+4w32,˜v=2u+2vw3,˜w=u+v2,\eex
\beex \bea I&=4\iiint_{\tilde u^2+\tilde v^2+\tilde w^2\leq 1}     |3\sqrt{2}\tilde u|\cdot |3\tilde v|\rd \tilde u\rd \tilde v\rd \tilde w\\ &=36\sqrt{2}\iiint_{x^2+y^2+z^2\leq 1} |xy|\rd x\rd y\rd z\\ &=144\sqrt{2}\iiint_{x^2+y^2+z^2\leq 1\atop x\geq 0,y\geq 0}     xy\rd x\rd y\rd z\\ &=144\sqrt{2}\int_{-1}^1 \rd z     \iint_{x^2+y^2\leq 1-z^2\atop x\geq0,y\geq 0}xy\rd x\rd y\\ &=144\sqrt{2}\int_{-1}^1 \rd z     \int_0^{\sqrt{1-z^2}}\rd r     \int_0^\frac{\pi}{2} r\cos \theta\cdot r\sin\theta\cdot r\rd \theta\\ &=\frac{96\sqrt{2}}{5}. \eea \eeex
 

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