積分計算實心球體體積時出現負號的問題

2011-08-10 10:53 pm
我想用環形積分計算實心球體的體積,參考下圖
圖片參考:http://imgcld.yimg.com/8/n/AF03768049/o/151108100521813872072610.jpg

計算過程如下: dV = π(r*Sinθ)2*dx, x = r*Cosθ 這裡x是r與θ的函數, 如果令 dx/dθ= - r*Sinθ → dx = -r*Sinθdθ 如果令dx/dr = Cosθ → dx = Cosθdr 應該代入那一個式子才正確? 如果我代入dx = -r*Sinθdθ則 V = ∫dV = ∫ π(r*Sinθ)2*dx = ∫-πr3*Sin3θ*dθ V = (-πr3/12)*[Cos(3θ)-9Cos(θ)]{θ=0→π} V = -4πr3/3 其中r仍是變數,沒有被積分,而且體積怎麼會是負的? 該怎麼計算才正確呢?
更新1:

感謝兩位大大的回答及意見,我發現我想錯了,我以為半徑r必須從0積分至R,其實半徑固為常數即可。 而且似乎不必用到三角函數。 不過對於上下限我還是有點不太清楚,為何角度不能從0積分至Pi? 像X大大的算法y是從-R積分至R,那為何不能從R積分至-R呢? 這在數學上或物理上是否代表什麼不同的義意呢?

回答 (4)

2011-08-12 5:04 pm
✔ 最佳答案
本題所解可看做一圓繞y軸旋轉所成體積之算法 在下想法有二

1.視為半徑R之圓其方程式為x^2+y^2=R^2繞X軸旋轉
則需每片完全切下 其體積dv=πy^2*dx R
故全體積為V = ∫dV = ∫ 2πr(R^2-x^2)drx=π[R^2*(R+R)-1/3(R^3+R^3)]
-R
=π(2R^3-2/3R^3)=4/3πR^3
2.如依版主所提r亦為變數 應是取一圈 而非一整片再依序對drdθ積過程如下:[且因對x軸y軸均對稱故取二分之一計算 即θ由0至π/2 則為右半球 再乘2 以免因中途產生負值之結果](蓋體積應為正 然運算過程若不注意會產生負值甚至為0 如在面積計算時若

未究函數大小關係就予積分 也會有此結果)
π/2 R π/2
故全體積為V =2*∫dV =2*∫ ∫ 2π rsinθ* rdrdθ=4π*1/3R^3∫ sinθdθ
0 0 0
=4/3 πR^3

2011-08-12 09:05:02 補充:
積分範圍跑調 抱歉
2014-11-13 3:34 am
到下面的網址看看吧

▶▶http://qaz331.pixnet.net/blog
2011-08-11 2:04 am
2011-08-10 11:13 pm
(1) 積分上下限要弄清楚!

(2) r 為什麼是 "變數"?


收錄日期: 2021-05-04 01:45:50
原文連結 [永久失效]:
https://hk.answers.yahoo.com/question/index?qid=20110810000015KK05218

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