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105 台灣大學微積分(B) 第 15 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

105學年度 · 105台大微積分B · 第 15 題

題目

Problem

(O) Evaluate ∭Ωcos⁡x2+y2+z2x2+y2+z2 dxdydz\iiint_\Omega \dfrac{\cos\sqrt{x^2+y^2+z^2}}{x^2+y^2+z^2}\,\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z, where Ω={(x,y,z):1≤x2+y2+z2≤2}\Omega=\{(x,y,z):1\le x^2+y^2+z^2\le 2\}. Answer: (16)‾\underline{\quad(16)\quad}.

解答

解法一

思路

展開
  • 被積函數和區域皆只依賴到原點的距離,改用球坐標。

答題過程

展開

球坐標下 1≤ρ≤21\le\rho\le\sqrt2,分母與 Jacobian 的 ρ2\rho^2 相消:

∭Ωcos⁡ρρ2 dV=4π∫12cos⁡ρ dρ=4π(sin⁡2−sin⁡1).\iiint_\Omega\frac{\cos\rho}{\rho^2}\,\mathrm{d}V=4\pi\int_1^{\sqrt2}\cos\rho\,\mathrm{d}\rho=\boxed{4\pi(\sin\sqrt2-\sin1)}.