計算
其中 。
先看清積分區域。 外層上限 正是鉛直線 的極座標方程式,而 從 變到 。所以掃過的區域是以 、、 為頂點的直角三角形——知道這一點,那些積分上下限才不再是憑空冒出來的。
先算對 的內層積分。
正是上限的三次方,把一個簡單的冪函數問題變成了 sec³ 的問題。
回想 sec³ 的反導函數。 這是分部積分的標準結論:
它是整個計算裡唯一沒辦法靠簡單代換完成的一環。
代上限求值。 記 ,由直角三角形的關係得
於是 ,。而在 處, 與 都為零。
拼出閉式表達。 把常數 合併:
或者把第一項乘開:
取幾組參數做數值驗證。 用辛普森求積算 並與閉式對照: 時兩邊都是 ; 時都是 ; 時都是 ✓——每組的吻合程度都優於 。
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