kaoyan1basic 高等数学 第644题

教材习题

📝 题目

### 第644题 下列结论 (1)$\oint_{x^{2}+y^{2}=a^{2}}\left(x^{2}+y^{2}\right) \mathrm{d} s=a^{2} \oint_{x^{2}+y^{2}=a^{2}} \mathrm{~d} s=2 \pi a^{3}$ . (2) $\iint_{x^{2}+y^{2} \leqslant a^{2}}\left(x^{2}+y^{2}\right) \mathrm{d} \sigma=a^{2} \iint_{x^{2}+y^{2} \leqslant a^{2}} \mathrm{~d} \sigma=\pi a^{4}$ . (3)$\oiint_{x^{2}+y^{2}+z^{2}=a^{2}}\left(x^{2}+y^{2}+z^{2}\right) \mathrm{d} S=a^{2} \oiint_{x^{2}+y^{2}+z^{2}=a^{2}} \mathrm{~d} S=4 \pi a^{4}$ . (4) $\displaystyle \iiint_{x^{2}+y^{2}+z^{2} \leqslant a^{2}}\left(x^{2}+y^{2}+z^{2}\right) \mathrm{d} v=a^{2} \iiint_{x^{2}+y^{2}+z^{2} \leqslant a^{2}} \mathrm{~d} v=\frac{4}{3} \pi a^{5}$ . 中正确的条数为 (A) 1 条。 (B) 2 条. (C) 3 条. (D) 4 条.

💡 答案解析

**答案**:B **解析**: 步骤1:(1)正确:$\oint_{x^2+y^2=a^2}(x^2+y^2)\mathrm{d}s=a^2\cdot 2\pi a=2\pi a^3$。 步骤2:(2)错误:$x^2+y^2$在圆内不是常数,不能直接提出,正确值为$\displaystyle \int_0^{2\pi}\mathrm{d}\theta\int_0^a r^2\cdot r\mathrm{d}r=2\pi\cdot\frac{a^4}{4}=\frac{\pi a^4}{2}$。 步骤3:(3)正确:球面上$x^2+y^2+z^2=a^2$,提出后面积为$4\pi a^2$,得$4\pi a^4$。 步骤4:(4)错误:球体内$x^2+y^2+z^2$不是常数,正确值为$\displaystyle \int_0^{2\pi}\mathrm{d}\theta\int_0^\pi\mathrm{d}\phi\int_0^a r^2\cdot r^2\sin\phi\mathrm{d}r=\frac{4\pi a^5}{5}$。 步骤5:正确的有2条。 **难度**:★★☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/5
目标:判断(1)的正确性
在圆周x^2+y^2=a^2上,x^2+y^2=a^2为常数,可提出积分号外。曲线积分∮ds=2πa,故原式=a^2·2πa=2πa^3,正确。
公式:∮_{x^2+y^2=a^2} ds = 2πa
提示:注意曲线积分中积分路径上的函数值是否为常数。
步骤 2/5
目标:判断(2)的正确性
在圆盘x^2+y^2≤a^2内,x^2+y^2不是常数,不能直接提出。正确计算:用极坐标,∬(x^2+y^2)dσ=∫_0^{2π}dθ∫_0^a r^2·r dr=2π·a^4/4=πa^4/2,而a^2∬dσ=a^2·πa^2=πa^4,两者不等,故(2)错误。
公式:∬_{x^2+y^2≤a^2} (x^2+y^2) dσ = ∫_0^{2π}dθ∫_0^a r^3 dr = πa^4/2
提示:二重积分中,被积函数在积分区域上不是常数时不能直接提出。
步骤 3/5
目标:判断(3)的正确性
在球面x^2+y^2+z^2=a^2上,x^2+y^2+z^2=a^2为常数,可提出。曲面积分∯dS=4πa^2,故原式=a^2·4πa^2=4πa^4,正确。
公式:∯_{x^2+y^2+z^2=a^2} dS = 4πa^2
提示:球面面积公式为4πR^2。
步骤 4/5
目标:判断(4)的正确性
在球体x^2+y^2+z^2≤a^2内,x^2+y^2+z^2不是常数,不能直接提出。正确计算:用球坐标,∭(x^2+y^2+z^2)dv=∫_0^{2π}dθ∫_0^π sinφ dφ∫_0^a r^2·r^2 dr=4π·a^5/5=4πa^5/5,而a^2∭dv=a^2·(4/3)πa^3=4πa^5/3,两者不等,故(4)错误。
公式:∭_{x^2+y^2+z^2≤a^2} (x^2+y^2+z^2) dv = ∫_0^{2π}dθ∫_0^π sinφ dφ∫_0^a r^4 dr = 4πa^5/5
提示:三重积分中,被积函数在积分区域上不是常数时不能直接提出。
步骤 5/5
目标:统计正确条数
正确的有(1)和(3),共2条。

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