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Integral mithilfe von Polarkoordinaten

Frage: Integral mithilfe von Polarkoordinaten
(4 Antworten)

 
Hallo allerseits,


nur eine verständnisfrage zur folgenden aufgabe:

Nutzen Sie Polarkoordinaten, um das folgende Integral über den Oktanten
D = {(x,y,z) : x>=0, y>=0, z>=0, x^2 + y^2 + z^2 <= R^2} zu berechnen:

int((x^2+y^2+z^2)xyz)dzdydx

umgeformt:
int((r^2*cos^2(phi) + r^2*sin^2(phi) + z^2)r^3*cos(phi)*sin(phi)*z)dzdrdphi

nun zu den integrationsgrenzen:
da x,y,z >= 0 sein müssen, ist die funktion nur im 1. oktanten definiert, d.h. wir wissen schon mal, dass 0 <= phi <= pi/2 sein muss.
da r der radius auf der x-y-ebene ist (stimmts?), können wir ja x^2 + y^2 = r^2 setzen. und es gilt 0 <= r <= R, da R der außenradius ist.
und schließlich wird r^2 für x^2 + y^2 eingesetzt:
r^2 + z^2 = R^2 --> z = sqrt(R^2 - r^2)
d.h. 0 <= z <= sqrt(R^2 - r^2)

ist soweit alles richtig? ich bekomme übrigens als endergebnis 0 heraus.
GAST stellte diese Frage am 02.06.2012 - 19:41


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Beiträge 2737
102
Antwort von v_love | 02.06.2012 - 20:59
du solltest schon polarkoordinaten nehmen und nicht zylinderkoordinaten, betrachte als den diffeomorphismus G: G(r,theta,phi)=r(cos(phi)sin(theta),sin(phi)sin(theta),cos(theta)) auf (0,R)x(0,pi/2)x(0,pi/2)=:U.

es gilt offenbar G(U)=D ohne N, wobei N eine nullmenge ist.

mit zylinderkoordinaten geht´s zwar auch, ist aber komplizierter und vor allem eine unnatürliche wahl, die die symmetrie nicht ausnutzt.

und scheinbar hast du dich auch verrechnet, weil 0 da eher nicht herauskommt - sondern R^8/64.

 
Antwort von GAST | 02.06.2012 - 21:08
oh, dann hab ich polar- und zylinderkoordinaten für dasselbe gehalten :D ok, danke für den hinweis

 
Antwort von GAST | 03.06.2012 - 20:51
hat sich erledigt

 
Antwort von GAST | 03.06.2012 - 22:40
ok mein fehler lag darin, dass ich bei der integration nach theta sin^3(theta)*cos(theta) falsch integriert habe, sodass etwas mit cos(theta) herauskam und somit 0 für pi/2 herauskam. jetzt hab ich es endlich richtig -_-

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