用定积分计算的椭球体体积(但不是旋转椭球体,而是那种野生的)

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Krystian Karczyński

Elipsoida nieobrotowa, której objętość mamy policzyć całką oznaczoną我们来说说如何计算椭球体的体积:

这是一个椭球体,它在x, y, z轴上的交点分别是2, 和3 (椭球体的一般方程是: , 其中a,b,c是交点坐标).

这不是一个旋转椭球体,不是通过任何曲线绕任何轴旋转生成的,我们不能用标准的旋转体积公式来解决:

我们得另想办法。

1. 我们在椭球体的中心和OZ轴上取一个任意点M(z)。

通过这个点并垂直于OZ轴的平面“切割”出一个椭圆:

Elipsoida przekrojona elipsą

2. 我们确定在XY平面上的椭圆“切割”投影方程

Rzut elipsy wykrojonej z elipsoidy na płaszczyznę XY

我们从椭球体的一般方程中确定这个椭圆的方程,对于固定的’z’ (我们把’z’当作常数):

显然,我们的一般椭球体方程中的’a’和’b’ () 是:

4. 根据变量’z’计算这个截面的面积

这个椭圆的面积取决于所选的’z’点,也就是说它是一个关于’z’的函数。我们可以用椭圆面积的现成公式来计算():

或者费力地计算适当的定积分(当然使用椭圆的参数形式和公式来计算参数形式的面积):

5. 用截面积计算体积

现在是关键时刻。体积等于——这听起来不太好——所有截面的“和”(即积分),大致来说:

其中 是截面积关于OZ轴的函数,’a’和’b’是’z’的变化范围。

也就是说:

=(算,算,算…)=

这与椭球体的一般公式一致().

结束

值得记住这个一般的思路,特别是,复杂的、非旋转体的体积可以通过积分其截面积函数来计算。

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