題目
Problem
8. Evaluate
where is the unit ball. (10%)
解答
解法一
思路
展開
- 本題要求在單位球體 上計算三重積分 。
- 積分區域是球體,且被積函數中包含 。這提示我們應使用球面座標變換 (Spherical Coordinates)。
- 第一步:換元:
- 。
- 體積微元 。
- 第二步:確定積分範圍: 整個單位球對應的範圍為: 。
- 第三步:進行累次積分: 將三部分分拆進行積分計算,其中 的部分利用 進行代換。
答題過程
展開
我們引入球面座標系:
其中:
對於整個單位球體 ,球面座標的範圍為:
將其寫為累次積分形式:
我們分別計算這三個獨立的積分項:
將各部分相乘: