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Aufgabe:

Kann mir eine helfen wie man anfängt


Problem/Ansatz:


$$\begin{aligned}M=\left\{ \left| x,y,z,\in \mathbb{R} ^{3}\right| x^{2}+y^{2}\leq z^{4},\right\} \\ \left\{ 0\leq z\leq 1\right\} M\rightarrow \mathbb{R} ,\left( x,y,z\right) \rightarrow 2z\end{aligned}$$

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Unglücklichsterweise wird deine Formel/Funktion
bei mir nicht dargestellt

Ich habe das repariert.

@A-b-c \(\TeX\) in \( und \) für inline oder in $$ für displaymath einschließen

$$M = \left\{ x,y,z \in \mathbb{R}^3\quad\vert\quad x^2+y^2\leq z^4,\quad 0\leq z\leq 1\right\} \\[10pt] M \rightarrow \mathbb{R},\quad \left( x,y,z\right) \mapsto 2z$$

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Aloha :)

Das Problem ist hier die geschickte Parametrisierung der Menge \(M\). Parallel zur \(xy\)-Ebene haben wir es mit Kreisen zu tun, die den Radius \(z^2\) haben. Daher bieten sich Zylinderkoordinaten an:$$\vec r=\begin{pmatrix}x\\y\\z\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}r\cos\varphi\\r\sin\varphi\\z\end{pmatrix}\quad;\quad r\in[0;z^2]\;;\;\varphi\in[0;2\pi[\;;\;z\in[0;1]$$Das Volumenelement transformiert sich beim Übergang zu Zylinderkoordinaten wie folgt:$$dV=dx\,dy\,dz=r\,dr\,d\varphi\,dz$$Damit haben wir alles, was für das Integral brauchen:$$I=\iiint\limits_M 2z\,dV=\int\limits_0^{1}dz\int\limits_0^{z^2}dr\int\limits_0^{2\pi}d\varphi\,r\, 2z=\int\limits_0^{1}2z\,dz\int\limits_0^{z^2}r\,dr\int\limits_0^{2\pi}d\varphi$$Beachte, dass hier die Integrationsreihenfolge nicht beliebig ist. Da die obere Grenze von \(dr\) von \(z\) abhängt, müssen wir zuerst über \(dr\) und danach erst über \(dz\) integrieren. Das Integral über \(d\varphi\) können wir direkt als \(2\pi\) hinschreiben:$$I=2\pi\int\limits_0^{1}2z\,dz\int\limits_0^{z^2}r\,dr=2\pi\int\limits_0^{1}2z\,dz\left[\frac{r^2}{2}\right]_{r=0}^{z^2}=2\pi\int\limits_0^{1}2z\,dz\,\frac{z^4}{2}$$$$\phantom{I}=2\pi\int\limits_0^1z^5\,dz=2\pi\left[\frac{z^6}{6}\right]_{z=0}^1=2\pi\cdot\frac{1}{6}=\frac{\pi}{3}$$

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