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求物體的質心:均勻球頂錐體:x^2+y^2+z^2<=a^?

導讀首先,通過計算體積(使用球坐標)來求解。在球坐標系中,x、y、z的表達式分別為 x=rsinucosv.y=rsinusinv.z=rcosu。其中,r表示從原點到點的距離,u表示從x軸到r的夾角,v表示從z軸到xOy平面的夾角。在這個問題中,0≤r≤a.0≤v≤2π.0≤u≤π(注意這里u的上限為π,因為對稱性的考慮)。接下來,進行三重積分計算體積V:V=∫∫∫(r:0→a;u:0→π;v:0→2π) r²;sinu dvdudr。經過計算,我們得到 V=2πa³;(1-cosa)/3。

對于關于x,y軸對稱的立體,其質心的x,y坐標自然為0。因此,我們只需計算z坐標。首先,通過計算體積(使用球坐標)來求解。在球坐標系中,x、y、z的表達式分別為 x=rsinucosv, y=rsinusinv, z=rcosu。其中,r表示從原點到點的距離,u表示從x軸到r的夾角,v表示從z軸到xOy平面的夾角。在這個問題中,0≤r≤a, 0≤v≤2π, 0≤u≤π(注意這里u的上限為π,因為對稱性的考慮)。接下來,進行三重積分計算體積V:V=∫∫∫(r:0→a; u:0→π;v:0→2π) r2sinu dvdudr。經過計算,我們得到 V=2πa3(1-cosa)/3。然后,我們計算函數z的積分來找到質心的z坐標。三重積分(r:0→a; u:0→π;v:0→2π) rcosur2sinu dvdudr 給出結果為 πa?sin2a。最后,將函數z的積分結果除以體積V,得到質心的z坐標為 3asin2a/[8(1-cosa)]。因此,該立體的質心坐標為(0,0,3asin2a/[8(1-cosa)])。

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