kaoyan1basic 高等数学 第644题

教材习题

📝 题目

## 第644题 (高等数学 - 选择题) 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**:A **解析**:步骤1:(1)正确,$\oint_{x^2+y^2=a^2}(x^2+y^2)\mathrm{d}s=a^2\cdot2\pi a=2\pi a^3$。步骤2:(2)错误,$x^2+y^2$在圆内不是常数,不能提出。步骤3:(3)错误,球面上$x^2+y^2+z^2=a^2$为常数,但$\oiint\mathrm{d}S=4\pi a^2$,结果为$4\pi a^4$,原式正确,但计算过程有误?检查:原式$a^2\oiint\mathrm{d}S=a^2\cdot4\pi a^2=4\pi a^4$,正确。步骤4:(4)错误,球体内$x^2+y^2+z^2$不是常数。故只有(1)和(3)正确,但题目中(3)写为$4\pi a^4$正确,实际正确条数为2?重新核对:(1)正确,(2)错误,(3)正确,(4)错误,共2条。但答案选项A为1条,B为2条,故应选B。注意原题(3)结果$4\pi a^4$正确,故正确条数为2。 **难度**:★★☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:判断结论(1)的正确性
对于曲线积分,在圆周x^2+y^2=a^2上,被积函数x^2+y^2恒等于a^2,因此可以提到积分号外。曲线积分∮ds等于圆的周长2πa,所以结果为a^2·2πa=2πa^3,结论正确。
公式:∮_{x^2+y^2=a^2}(x^2+y^2)ds = a^2∮ds = a^2·2πa = 2πa^3
提示:注意曲线上的点满足方程,被积函数可化为常数。
步骤 2/4
目标:判断结论(2)的正确性
对于二重积分,在圆域x^2+y^2≤a^2内,被积函数x^2+y^2不是常数,不能直接提出积分号外。正确计算应使用极坐标:∬(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^4,两者不相等,故结论错误。
公式:∬_{x^2+y^2≤a^2}(x^2+y^2)dσ = ∫_0^{2π}dθ∫_0^a r^3 dr = πa^4/2 ≠ πa^4
提示:被积函数在积分区域内不是常数时不能直接提出。
步骤 3/4
目标:判断结论(3)的正确性
对于曲面积分,在球面x^2+y^2+z^2=a^2上,被积函数x^2+y^2+z^2恒等于a^2,可以提到积分号外。曲面积分∯dS等于球表面积4πa^2,所以结果为a^2·4πa^2=4πa^4,结论正确。
公式:∯_{x^2+y^2+z^2=a^2}(x^2+y^2+z^2)dS = a^2∯dS = a^2·4πa^2 = 4πa^4
提示:球面上函数为常数,可直接提出。
步骤 4/4
目标:判断结论(4)的正确性
对于三重积分,在球体x^2+y^2+z^2≤a^2内,被积函数x^2+y^2+z^2不是常数,不能直接提出。正确计算应使用球坐标:∭(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^5/3,两者不相等,故结论错误。
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 = 4π·a^5/5 ≠ 4πa^5/3
提示:球体内函数不是常数,需用球坐标计算。

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