相關閱讀:幫你理解微積分
之前向大家介紹瞭如何使用微積分來求圓的面積,如果沒有看過,可以翻看之前的文章補習一下,本文就把知識水平提高到高中,球的面積和體積如何去使用微積分解決;
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球面積分
球面肯定比平面的圓要複雜一些,不過還是相同的步驟,先微分,再積分,分解方式我們使用角度分解,如下圖:
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球面積分
球面肯定比平面的圓要複雜一些,不過還是相同的步驟,先微分,再積分,分解方式我們使用角度分解,如下圖:
如果把球比作地球的話,我們看上半球,把赤道面到地軸的夾角分解,其中θ為半徑和赤道面的夾角,dθ為夾角的微分,這樣,上半球面就分解成一圈一圈的環(類似削蘋果高手削出來的蘋果皮,只不過圈和圈之間沒有連接),每一圈都可以展品成一個矩形,關係如下:
矩形面積 = 長 x 寬 = 水平小圓周長 x θ角對應弧長
寬為dθ角對應的弧長R*dθ,長度為水平小圓(圖中赤道面為水平大圓,之上的小一點的圓稱為水平小圓)的周長,水平小圓的半徑可以根據三角函數求出來,為R*Cosθ,這樣小圓周長自然就是:
水平小圓周長 = 2 x 圓周率 x 水平小圓半徑
於是有:
矩形面積 = 2 x 圓周率 x (R x Cosθ) x (R x dθ)
積分式(符號參照上圖):
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球面積分
球面肯定比平面的圓要複雜一些,不過還是相同的步驟,先微分,再積分,分解方式我們使用角度分解,如下圖:
如果把球比作地球的話,我們看上半球,把赤道面到地軸的夾角分解,其中θ為半徑和赤道面的夾角,dθ為夾角的微分,這樣,上半球面就分解成一圈一圈的環(類似削蘋果高手削出來的蘋果皮,只不過圈和圈之間沒有連接),每一圈都可以展品成一個矩形,關係如下:
矩形面積 = 長 x 寬 = 水平小圓周長 x θ角對應弧長
寬為dθ角對應的弧長R*dθ,長度為水平小圓(圖中赤道面為水平大圓,之上的小一點的圓稱為水平小圓)的周長,水平小圓的半徑可以根據三角函數求出來,為R*Cosθ,這樣小圓周長自然就是:
水平小圓周長 = 2 x 圓周率 x 水平小圓半徑
於是有:
矩形面積 = 2 x 圓周率 x (R x Cosθ) x (R x dθ)
積分式(符號參照上圖):
因為只考慮北半球,所以角度積分範圍為0到90度:
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球面積分
球面肯定比平面的圓要複雜一些,不過還是相同的步驟,先微分,再積分,分解方式我們使用角度分解,如下圖:
如果把球比作地球的話,我們看上半球,把赤道面到地軸的夾角分解,其中θ為半徑和赤道面的夾角,dθ為夾角的微分,這樣,上半球面就分解成一圈一圈的環(類似削蘋果高手削出來的蘋果皮,只不過圈和圈之間沒有連接),每一圈都可以展品成一個矩形,關係如下:
矩形面積 = 長 x 寬 = 水平小圓周長 x θ角對應弧長
寬為dθ角對應的弧長R*dθ,長度為水平小圓(圖中赤道面為水平大圓,之上的小一點的圓稱為水平小圓)的周長,水平小圓的半徑可以根據三角函數求出來,為R*Cosθ,這樣小圓周長自然就是:
水平小圓周長 = 2 x 圓周率 x 水平小圓半徑
於是有:
矩形面積 = 2 x 圓周率 x (R x Cosθ) x (R x dθ)
積分式(符號參照上圖):
因為只考慮北半球,所以角度積分範圍為0到90度:
另外因為南半球和北半球是一樣的,所以結果要乘以2:
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球面積分
球面肯定比平面的圓要複雜一些,不過還是相同的步驟,先微分,再積分,分解方式我們使用角度分解,如下圖:
如果把球比作地球的話,我們看上半球,把赤道面到地軸的夾角分解,其中θ為半徑和赤道面的夾角,dθ為夾角的微分,這樣,上半球面就分解成一圈一圈的環(類似削蘋果高手削出來的蘋果皮,只不過圈和圈之間沒有連接),每一圈都可以展品成一個矩形,關係如下:
矩形面積 = 長 x 寬 = 水平小圓周長 x θ角對應弧長
寬為dθ角對應的弧長R*dθ,長度為水平小圓(圖中赤道面為水平大圓,之上的小一點的圓稱為水平小圓)的周長,水平小圓的半徑可以根據三角函數求出來,為R*Cosθ,這樣小圓周長自然就是:
水平小圓周長 = 2 x 圓周率 x 水平小圓半徑
於是有:
矩形面積 = 2 x 圓周率 x (R x Cosθ) x (R x dθ)
積分式(符號參照上圖):
因為只考慮北半球,所以角度積分範圍為0到90度:
另外因為南半球和北半球是一樣的,所以結果要乘以2:
球體積積分
球可以看成一層一層的球面,越到裡面,球面越小,可以想象一下洋蔥,一層一層的
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球面積分
球面肯定比平面的圓要複雜一些,不過還是相同的步驟,先微分,再積分,分解方式我們使用角度分解,如下圖:
如果把球比作地球的話,我們看上半球,把赤道面到地軸的夾角分解,其中θ為半徑和赤道面的夾角,dθ為夾角的微分,這樣,上半球面就分解成一圈一圈的環(類似削蘋果高手削出來的蘋果皮,只不過圈和圈之間沒有連接),每一圈都可以展品成一個矩形,關係如下:
矩形面積 = 長 x 寬 = 水平小圓周長 x θ角對應弧長
寬為dθ角對應的弧長R*dθ,長度為水平小圓(圖中赤道面為水平大圓,之上的小一點的圓稱為水平小圓)的周長,水平小圓的半徑可以根據三角函數求出來,為R*Cosθ,這樣小圓周長自然就是:
水平小圓周長 = 2 x 圓周率 x 水平小圓半徑
於是有:
矩形面積 = 2 x 圓周率 x (R x Cosθ) x (R x dθ)
積分式(符號參照上圖):
因為只考慮北半球,所以角度積分範圍為0到90度:
另外因為南半球和北半球是一樣的,所以結果要乘以2:
球體積積分
球可以看成一層一層的球面,越到裡面,球面越小,可以想象一下洋蔥,一層一層的
每一層體積就是面積乘以厚度,面積就是前文中得出的球面積,厚度就是需要積分的變量,從圓心到球面R,積分式子如下:
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球面積分
球面肯定比平面的圓要複雜一些,不過還是相同的步驟,先微分,再積分,分解方式我們使用角度分解,如下圖:
如果把球比作地球的話,我們看上半球,把赤道面到地軸的夾角分解,其中θ為半徑和赤道面的夾角,dθ為夾角的微分,這樣,上半球面就分解成一圈一圈的環(類似削蘋果高手削出來的蘋果皮,只不過圈和圈之間沒有連接),每一圈都可以展品成一個矩形,關係如下:
矩形面積 = 長 x 寬 = 水平小圓周長 x θ角對應弧長
寬為dθ角對應的弧長R*dθ,長度為水平小圓(圖中赤道面為水平大圓,之上的小一點的圓稱為水平小圓)的周長,水平小圓的半徑可以根據三角函數求出來,為R*Cosθ,這樣小圓周長自然就是:
水平小圓周長 = 2 x 圓周率 x 水平小圓半徑
於是有:
矩形面積 = 2 x 圓周率 x (R x Cosθ) x (R x dθ)
積分式(符號參照上圖):
因為只考慮北半球,所以角度積分範圍為0到90度:
另外因為南半球和北半球是一樣的,所以結果要乘以2:
球體積積分
球可以看成一層一層的球面,越到裡面,球面越小,可以想象一下洋蔥,一層一層的
每一層體積就是面積乘以厚度,面積就是前文中得出的球面積,厚度就是需要積分的變量,從圓心到球面R,積分式子如下:
多重積分
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球面積分
球面肯定比平面的圓要複雜一些,不過還是相同的步驟,先微分,再積分,分解方式我們使用角度分解,如下圖:
如果把球比作地球的話,我們看上半球,把赤道面到地軸的夾角分解,其中θ為半徑和赤道面的夾角,dθ為夾角的微分,這樣,上半球面就分解成一圈一圈的環(類似削蘋果高手削出來的蘋果皮,只不過圈和圈之間沒有連接),每一圈都可以展品成一個矩形,關係如下:
矩形面積 = 長 x 寬 = 水平小圓周長 x θ角對應弧長
寬為dθ角對應的弧長R*dθ,長度為水平小圓(圖中赤道面為水平大圓,之上的小一點的圓稱為水平小圓)的周長,水平小圓的半徑可以根據三角函數求出來,為R*Cosθ,這樣小圓周長自然就是:
水平小圓周長 = 2 x 圓周率 x 水平小圓半徑
於是有:
矩形面積 = 2 x 圓周率 x (R x Cosθ) x (R x dθ)
積分式(符號參照上圖):
因為只考慮北半球,所以角度積分範圍為0到90度:
另外因為南半球和北半球是一樣的,所以結果要乘以2:
球體積積分
球可以看成一層一層的球面,越到裡面,球面越小,可以想象一下洋蔥,一層一層的
每一層體積就是面積乘以厚度,面積就是前文中得出的球面積,厚度就是需要積分的變量,從圓心到球面R,積分式子如下:
多重積分
注意,球面積分可以從-90度積分到90度,因為餘弦都是正數,不會有問題,內層積分的半徑為外層積分的變量,實際效果就是內層積分計算面積,然後外層積分再計算體積,有了前面的知識,就很容易理解多重積分是怎麼回事;
如果你看懂了上述過程,恭喜你,你已經達到微積分幼兒園的水平了!