【微分積分】8-5-2 曲面積|要点まとめ

このページでは、大学数学の微分積分で扱う「重積分を用いた曲面積の計算」について解説します。曲面 $z=f(x,y)$ の曲面積公式を整理し、極座標変換を用いて解く実践的な例題と丁寧な解答・解説を掲載しています。

曲面積

【曲面積】
関数\(f(x,y)\)は積分領域\(D\)上で、\(C^1\)級とする。このとき、\(D\)上にある曲面\(z=f(x,y)\)の曲面積\(S\)は次で与えられる。
\(\displaystyle S=\iint_D\sqrt{1+\left(\frac{\partial z}{\partial x}\right)^2+\left(\frac{\partial z}{\partial y}\right)^2}dxdy\)

【例題】次の曲面積を求めなさい。

(1)回転放物面\(z=2-x^2-y^2\)の\(z\geqq0\)の部分の曲面積
(2)球面\(x^2+y^2+z^2=9\)の\(z\geqq1\)の部分の曲面積
(3)半球面\(x^2+y^2+z^2=4,z\geqq0\)において円柱面\(x^2+y^2=2x\)の内部にある部分の曲面積
(4)球体\(x^2+y^2+z^2\leqq2\)と回転放物体\(z\geqq x^2+y^2\)の共通部分の表面積
(5)回転放物面\(x^2+y^2=2az\)が曲面\((x^2+y^2)^2=a^2(x^2-y^2)\)により切り取られる部分の曲面積
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