1. 设v(n) 是n 维球体{x21+⋯+x2n⩽1} 的体积,求v(n) 的最大值
Bn(a)={(x1,⋯,xn):x21+⋯+x2n⩽1}
易证μ(Bn(a))=∫Bn(a)dμ=an∫Bn(1))dμ=anμ(Bn(1))
μ(Bn(1))=∫Bn(1))dμ=∬u2+v2dudv∫⋯∫Bn−2(√1−u2−v2)dx1⋯dxn−2=μ(Bn−2(1))∬u2+v2⩽1(1−u2−v2)(n−2)/2=2πnμ(Bn−2(1))
当V(n)最大时,n只可能取5,6,7(2πn≈1)
V(5)=8π215,V(6)=π26,V(7)=16π3105∴Vmax=V(5)=8π215
2. 设(r,θ,φ) 是R3 的球坐标 ,S:r=r(θ,φ)[(θ,φ∈D)]是R3 曲面方程,求该曲面面积
3. 设a>b>0 ,求椭圆盘x2a2+y2b2⩽1 与 x2b2+y2a2⩽1公共部分的面积(要求用第二型曲线积分计算)
∫DdS=∮∂Dxdy
∴S=4(∫arctana/b0abcos2θdθ+∫π2arctanb/aabcos2θdθ)=π+2ab(arctanab−arctanba)
4. 设f,g R3↦R 一阶连续可微,且 ∇f∥∇g,∇f≠0,∇g≠0,P0∈R3, f(P0)=g(P0)=0,证明在P0 附近,等值面{f=0} 与等值面 {g=0}相等
设P0(x0,y0,z0),不妨设∂f∂z≠0⟹在P0的邻域f(P)=f(P0)=0有解z=z1(x,y)⟹等值面r1(x,y)=(x,y,z1(x,y)),由∇f∥∇g⟹∂g∂z≠0⟹{g=0}等值面r2(x,y)=(x,y,z2(x,y))要证z1(x,y)=z2(x,y)
z0=z1(x0,y0)↦r1(x0,y0)=P0z0=z2(x0,y0)↦r2(x0,y0)=P0∂z1∂x=−∂f∂x/∂f∂z∂z2∂x=−∂g∂x/∂g∂z∂z1∂x=∂z2∂x同理:∂z1∂y=∂z2∂y∴等值面相等