Evaluación de la integral ∫R0∫1−1r2/r2+L2+2Lα−−−−−−−−−−−−−√dαdr∫0R∫−11r2/r2+L2+2Lαdαdr\int_{0}^{R} \int_{-1}^{1} r^2/\sqrt{r^2+L^2+2L\alpha}\,d\alpha dr

estoy tratando de resolver esta integral

0 R 1 1 r 2 d α d r A r 2 + L 2 + 2 L α
dónde L es algún número positivo.

La pregunta original era calcular la integral

A d X d y d z X 2 + y 2 + ( L z ) 2

Dónde A es una esfera con radio R y centro en el origen, y 0 < R < L , pero después de moverme a coordenadas esféricas y luego hacer un cambio variable, terminé con la integral doble anterior. ¿Cómo haría esto?

Nota: Podemos usar el teorema de Fubini para integrar primero con respecto a r pero creo que eso sería aún más difícil.

se me acaba de ocurrir que
r 2 ( r 2 + L 2 + 2 L α ) 1 2 d α = r 2 ( r 2 + L 2 + 2 L α ) 1 2 L

Respuestas (4)

Alquiler A denote la región correspondiente a la bola de radio R centrado en el origen y suponiendo que L > R , la integral de volumen sobre A se calcula en coordenadas esféricas de la siguiente manera:

A d X d y d z X 2 + y 2 + ( L z ) 2 = 0 2 π 0 π 0 R r 2 pecado θ d r d θ d ϕ r 2 2 L r porque θ + L 2 = 2 π 0 π 0 R r 2 pecado θ d r d θ r 2 2 L r porque θ + L 2 = 2 π L 2 0 π 0 R / L X 2 pecado θ d X d θ X 2 2 X porque θ + 1 = 2 π L 2 0 R / L d X 0 π d θ X 2 pecado θ X 2 2 X porque θ + 1 = 2 π L 2 0 R / L d X 1 1 d tu X 2 X 2 + 2 X tu + 1 = 2 π L 2 0 R / L d X ( 2 X 2 ) = 2 π L 2 ( 2 3 R 3 L 3 ) = 4 π R 3 3 L .

La solución debe ser un número positivo: L < 0 ?.
@FelixMarin La pregunta asume 0 < R < L .
Lo siento. Es cierto. Gracias.

A d X d y d z A X 2 + y 2 + ( L z ) 2 = 0 2 π d ϕ 0 R d r r 2 0 π d θ pecado ( θ ) = 0 r | L | + 1 PAG ( porque ( θ ) ) = 2 π 0 R d r r 2 = 0 r | L | + 1   0 π PAG ( porque ( θ ) ) pecado ( θ ) d θ =   2 d 0 =   4 π | L | 0 R r 2 d r = 4 π R 3 3 | L |

PAG ( X ) es un polinomio de Legendre .

Bueno, puedes considerar coordenadas esféricas r , θ , ϕ , por lo que obtienes

d X d y d z X 2 + y 2 + [ z L ] 2 = r 2 pecado ( θ ) d r d θ d ϕ r 2 + L 2 2 r L porque ( θ )

Considere la sustitución

2 = r 2 + L 2 2 r L porque ( θ )

Entonces obtenemos

2 d = 2 r L pecado ( θ ) d θ

entonces

pecado ( θ ) d θ = d r L

Entonces podemos escribir la integral como

r d r d d ϕ L

Usando los límites podemos escribir

0 R d r | r L | | r + L | d 0 2 π d ϕ r L

Primero integrar ϕ da

2 π 0 R d r | r L | | r + L | d r L

Siguiente integrar da

2 π 0 R d r [ r L ] | r L | | r + L | = 4 π 0 R d r r 2 L

Y por último integrar r da

4 π R 3 3 L

No estoy seguro de que estés en lo cierto. su yo es una función de ambos θ y r . entonces 2 yo d yo = 2 r L pecado θ d θ podría ser falso.
es entre el r y θ integración - por lo tanto r esta arreglado ahi...

Este es el potencial Φ ( L z ^ ) debido a una esfera cargada uniforme en un punto fuera de ella. El punto está a distancia. | L | del centro de la esfera.

La carga total de la esfera es q = A 1 d 3 r = 4 3 π R 3 .

Entonces,

Φ ( L z ^ ) = q | L | = 4 π R 3 3 | L |