먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.
CLP-3 · 3.7절 · 9번대학 수준우리말 번역
구면좌표를 이용하여 다음을 구하세요.
(a) 원뿔 z=x2+y2 의 안쪽이면서 구
x2+y2+z2=a2 의 안쪽인 부분의 부피.
(b) 제1팔분공간에 놓인 반지름이 a 인 구의 부분 R 에서
∭RxdV 와 ∭RzdV 의 값.
(c) 반지름이 a 인 구형 행성의 질량. 단, 중심으로부터 거리 ρ 인 곳의 밀도는 δ=A/(B+ρ2) 이다.
(d) ρ=a(1−cosφ) 로 둘러싸인 부분의 부피. 여기서 ρ 와 φ 는 일반적인 구면좌표를 가리킨다.
영어 원문 보기
Use spherical coordinates to find
(a) The volume inside the cone z=x2+y2 and inside the sphere
x2+y2+z2=a2.
(b) ∭RxdV and ∭RzdV over the
part of the sphere of radius a that lies in the first octant.
(c) The mass of a spherical planet of radius a whose density at
distance ρ from the center is δ=A/(B+ρ2).
(d) The volume enclosed by ρ=a(1−cosφ). Here ρ and φ
refer to the usual spherical coordinates.
mass=∫0adρρ2∫0πdφsinφ∫02πdθB+ρ2Adensity=2πA{∫0πdφsinφ}{∫0adρB+ρ2ρ2}=4πA∫0adρ(1−B+ρ2B)=4πAa−4πAB∫0a/Bds1+s21 where ρ=Bs, dρ=Bds=4πA(a−Btan−1Ba)
(d) Observe that
when φ=0 (i.e. on the positive z–axis), cosφ=1 so that
ρ=a(1−cosφ)=0 and
as φ increases from 0 to 2π, cosφ decreases
so that ρ=a(1−cosφ) increases and
when φ=2π (i.e. on the xy–plane), cosφ=0 so that
ρ=a(1−cosφ)=a and
as φ increases from 2π to π, cosφ
continues to decrease so that
ρ=a(1−cosφ) increases still more and
when φ=π (i.e. on the negative z–axis), cosφ=−1 so that
ρ=a(1−cosφ)=2a
So we have the following sketch of the intersection of the specified
volume with the right half of the yz–plane.
The volume in question is invariant under rotations about
the z–axis so that
Volume=∫02πdθ∫0πdφsinφ∫0a(1−cosφ)dρρ2=2π3a3∫0πdφsinφ(1−cosφ)3=2π3a3∫02dtt3 where t=1−cosφ, dt=sinφdφ=2π3a3424=38πa3
한 번 더 — 비슷한 문제CLP-3 · 3.7절 · 30번우리말 번역
S 를 제1팔분공간(x,y,z≥0)에 있는 영역으로서
원뿔 z=x2+y2 의 위쪽, 구
(z−1)2+x2+y2=1 의 아래쪽에 놓인 부분이라 하자. V 를 그 부피라 하자.
(a) V 를 원기둥좌표계에서의 삼중적분으로 나타내세요.
(b) V 를 구면좌표계에서의 삼중적분으로 나타내세요.
(c) 위의 두 적분 중 하나를 이용하여 V 를 계산하세요.
다 풀었으면 정답 확인
구 x2+y2+(z−1)2=1 과 원뿔 z=x2+y2 은 모두 z축을 중심으로 한 회전에 대하여 변하지 않는다. 구 x2+y2+(z−1)2=1 과 원뿔 z=x2+y2 은 z=x2+y2 일 때 만나므로 x2+y2=z2 이고,