计算曲面壳∑: z =(x^2+y^2)^1/2 (0≤z≤1)的质量,其中面密度 p=z^2
根据题意,曲面壳可以表示为参数方程:
x = u
y = v
z = (u^2 * v^2)^1/2
其中,0 ≤ u ≤ 1,0 ≤ v ≤ 1。
接下来,我们需要计算曲面壳的面积元素和面密度,以求出质量。
首先,计算曲面壳的面积元素:
dS = ||ru × rv|| du dv
其中,ru 和 rv 分别表示参数方程对 u 和 v 的偏导数,||ru × rv|| 表示 ru 和 rv 的叉积的模长。
计算 ru 和 rv:
ru = <1, 0, u*v/(u^2 * v^2)^1/2>
rv = <0, 1, u*v/(u^2 * v^2)^1/2>
计算叉积:
ru × rv = <-u*v/(u^2 * v^2), -u*v/(u^2 * v^2), 1>
计算模长:
||ru × rv|| = (u^2 * v^2 + 1)/(u^2 * v^2)
因此,面积元素为:
dS = (u^2 * v^2 + 1)/(u^2 * v^2) du dv
接下来,计算面密度:
p = z^2 = u^2 * v^2
因此,质量可以表示为:
M = ∫∫∑ p dS = ∫∫∑ u^2 * v^2 * (u^2 * v^2 + 1)/(u^2 * v^2) du dv
化简可得:
M = ∫∫∑ (u^2 * v^2 + 1) du dv
根据题意,0 ≤ u ≤ 1,0 ≤ v ≤ 1,因此:
M = ∫0^1 ∫0^1 (u^2 * v^2 + 1) du dv
对 u 积分,得:
M = ∫0^1 (1/3 * v^2 + 1) dv
对 v 积分,得:
M = 4/9
因此,曲面壳的质量为 4/9。
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