Решение

Так как, масса тела равна тройному интегралу от плотности:

m = ,

следовательно, задача отыскания массы тела сводится к вычислению тройного интеграла от функции плотности по соответствующей фигуре.

Выполним рисунок области интегрирования, ограниченной заданными в условии поверхностями (рис. 2.22).

> restart;

> with(plots):

> with(student):

> A1:=plot3d([(u),((4-u^2)^0.5),(v)],u=-2..2,v=0..2,axes=normal):

> A2:=plot3d([((4-u^2)^0.5),(u),(v)],u=0..2,v=0..2,axes=normal):

> A3:=plot3d([(u),(v),((u^2+v^2)^0.5)],u=-2..2,v=0..(4-u^2)^0.5,axes=normal):

> A4:=plot3d([(u),(v),((u^2+v^2)^0.5)],v=0..2,u=0..(4-v^2)^0.5,axes=normal):

> A5:=plot3d([(u),(v),(0)],u=-2..2,v=0..(4-u^2)^0.5,axes=normal):

> A6:=plot3d([(u),(0),(v)],v=0..abs(u),u=-2..2):

> display({A1,A2,A3,A4,A5,A6},labels=[x,y,z],scaling=constrained);

Рисунок. 2.22

Иногда более наглядным может быть построение рисунка сеткой с прозрачными стенками:

> with(plots):

> A1:=plot3d([x,(4-x^2)^0.5,z],x=-2..2,z=0..2):

> A11:=plot3d([(4-y^2)^0.5,y,z],y=0..2,z=0..2):

> A2:=plot3d([x,y,(x^2+y^2)^0.5],x=-2..2,y=0..(4-x^2)^0.5):

> A22:=plot3d([x,y,(x^2+y^2)^0.5],y=0..2,x=0..(4-y^2)^0.5):

> A3:=plot3d([x,0,z],z=0..abs(x),x=-2..2):

> A4:=plot3d([x,y,0],x=-2..2,y=0..(4-x^2)^0.5):

> A44:=plot3d([x,y,0],y=0..2,x=-(4-y^2)^0.5..(4-y^2)^0.5,color=red,style=patch):

> A5:=spacecurve([2,0,z],z=0..2,color=blue,thickness=3):

> A6:=spacecurve([-2,0,z],z=0..2,color=blue,thickness=3):

> A7:=spacecurve([z,0,z],z=0..2,color=blue,thickness=3):

> A8:=spacecurve([-z,0,z],z=0..2,color=blue,thickness=3):

> A9:=spacecurve([x,(4-x^2)^0.5,2],x=-2..2,color=blue,thickness=3):

> A10:=spacecurve([x,(4-x^2)^0.5,0],x=-2..2,color=blue,thickness=3):

> A18:=spacecurve([x,0,0],x=-2..2,color=blue,thickness=3):

> display({A1,A11,A2,A22,A3,A4,A44,A5,A6,A7,A8,A9,A10,A18},view=[-2..2,0..2,0..2]);

Область является правильной относительно всех осей. Проектируем тело на плоскость xOy. Проекция области V на выбранную плоскость изображена на рис. 2.23.

> A7:=plot3d([x,y,0],y=0..2,x=-(4-y^2)^0.5..(4-y^2)^0.5,color=blue,style=patch):

>

Рисунок. 2.23

Так как одна из образующих поверхности тела – цилиндр, то удобнее перейти в цилиндрическую систему координат. Уравнения поверхностей в цилиндрической системе координат имеют вид:

μ = 5ρ² – функция плотности,

z = ρ – уравнение конуса,

ρ = 2 – уравнение цилиндра,

ρsinφ = 0 – уравнение плоскости,

z = 0 – уравнение плоскости.

Тогда исходный интеграл сводится к повторному, с пределами интегрирования (рис. 2.22) по переменной z от 0 до ρ, по переменной ρ от 0 до 2, по φ от 0 до π (т.к. проекция на плоскость xOy – верхняя часть окружности с радиусом равным 2, рис. 2.23). Тогда, с учетом якобиана перехода, имеем:

= = = 5 =

= 5 = 5 = 5 = 32 = 32 = 32π.

Вычислим этот интеграл в Maple.

> with(student):

> Tripleint(5*rho^3, z=0..rho, rho=0..2, phi=0..Pi);

> value(%);

Замечание: Во всех рассмотренных задачах в СКМ Maple имеется возможность вращения в пространстве построенных объемных тел в любых плоскостях.