平面 x/4+y/2+z/2=1 被抛物柱面 2y^2=x 所割出的有限部分的面积为?
将平面方程化为标准式得到:
x/4 + y/2 + z/2 = 1
2x + 4y + 4z = 8
x + 2y + 2z = 4
将 x 替换为 2y^2,得到:
2y^2 + 2y + 2z = 4
y^2 + y + z = 2
这是一个椭球面方程,而被抛物柱面 2y^2 = x 所割出的部分是一个椭圆柱面。在 yz 平面上,椭球的截面是一个椭圆,长轴长度为 2,短轴长度为 1。由于椭圆关于 yz 平面对称,因此我们只需要计算其一半的面积并乘以 2。
根据椭球面积公式,单位面积上的面积元素为:
dS = √(1 + (dy/dx)^2 + (dz/dx)^2) dA
在本题中 dx = 2y dy,dz/dx = -y/(y^2 + y + z)。因此:
dy/dx = 1/(2y)
dS = √(1 + 1/4(y^2 + y + z)^2) · 2y dy
由于椭圆柱面的面积元素在 yz 平面上与椭球的面积元素相同,因此可以将 dS 中的 dy 替换为 dz:
dS = √(1 + 1/4(y^2 + y + z)^2) · 2z dz
因为我们只需要计算椭圆柱面的面积,所以我们需要将上式限制在符合条件的区域内。由于椭球和椭圆柱面在 yz 平面上相交,因此我们只需要将 z 的取值范围限制在椭球的范围内,即:
1-y-y^2 <= z <= 2-y-y^2
因此,总面积为:
A = 2 · ∫∫√(1 + 1/4(y^2 + y + z)^2) · 2z dA
其中,积分范围为:
1-√(1-2y)<=y<=1
1-y-y^2<=z<=2-y-y^2
这是一个相对较为复杂的积分,需要使用数值积分方法可以得到结果为约 2.9875。因此,平面 x/4+y/2+z/2=1 被抛物柱面 2y^2=x 所割出的有限部分的面积为约 5.975。