解由题意可得,该球体的密度函数为4(x,y,)=k√R+y2+,(k>0为一常数), 则所求质量为 M=j∬kR+y广+do=d0 do"krsinodr=kπR 例32设有一个等腰直角三角形薄片,腰长为,各点处的面密度等于该点到直角顶 y1 D={0≤x≤a,0≤y≤a-x,面密度函数为(x,)=x2+y2,则此薄片的 质量为 M-fu(x.ydadyta. 图8-28 此薄片对y轴的静距为 M,=∬,o=+y=a, 由对称性可知武德片对:销的静距M=从一吕,故重心坐标为 例33(O0研)设有一半径为R的球体,P是此球的表面上的一个定点,球体上任一 点的密度与该点到P距离的平方成正比(比例常数k>0),求球体的重心位置. 分析首先建立坐标系,以球心为坐标原点,乃取在某个轴上,例如可取在x轴上,即 卫的坐标为(R0,0)也可以以B为坐标原点,球心在某个坐标轴上,例如以点(0,0,R)为球 心.直接利用重心坐标的计算公式,采用球面坐标计算三重积分即可得重心坐标. 解法1记球体为?,以Ω的中心为坐标原点,射线OP为x轴建立空间直角坐标系, 则球面方程为x2+y+2=R,点B的坐标为(R0,0),球体的密度函数为 x)=x-R2+y+2] 设Ω的重心位置为(低,),由对称性知下=0,三=0,而 ∬x-2+y2+2j∬x-+y2+2h ∬(x-R+y2+2jx-R+y2+:2 采用球面坐标来计算上式中的三重积分,并利用奇偶对称性,得 川∬x-R+y+:h=j∬r+y+:2-2xR+R 解 由题意可得,该球体的密度函数为 2 2 2 ( , , ) , x y z k x y z = + + ( k 0 为一常数), 则所求质量为 2 2 2 2 2 4 0 0 0 sin R M k x y z d d d kr r dr k R = + + = = . 例 32 设有一个等腰直角三角形薄片,腰长为 a ,各点处的面密度等于该点到直角顶 点的距离的平方,求这薄片的重心. 解 建立坐标系如图 8-28 所示,则平面薄片所占的区域 D x a y a x = − {0 ,0 }, 面密度函数为 2 2 ( , ) x y x y = + ,则此薄片的 质量为 2 2 4 0 0 1 ( , ) ( ) , 6 a a x D M x y d dx x y dy a − = = + = 图 8-28 此薄片对 y 轴的静距为 2 2 5 0 0 1 ( , ) ( ) 15 a a x y D M x x y d xdx x y dy a − = = + = , 由对称性可知此薄片对 x 轴的静距 5 15 x y a M M= = ,故重心坐标为 2 2 ( , ) ( , ) ( , ) 5 5 M y M x x y a a M M = = . 例 33(00 研) 设有一半径为 R 的球体, P0 是此球的表面上的一个定点,球体上任一 点的密度与该点到 P0 距离的平方成正比(比例常数 k 0 ),求球体的重心位置. 分析 首先建立坐标系,以球心为坐标原点, P0 取在某个轴上,例如可取在 x 轴上,即 P0 的坐标为 ( ,0,0). R 也可以以 P0 为坐标原点,球心在某个坐标轴上,例如以点 (0,0, ) R 为球 心.直接利用重心坐标的计算公式,采用球面坐标计算三重积分即可得重心坐标. 解法 1 记球体为 ,以 的中心为坐标原点,射线 OP0 为 x 轴建立空间直角坐标系, 则球面方程为 2 2 2 2 x y z R + + = ,点 P0 的坐标为 ( ,0,0) R ,球体的密度函数为 2 2 2 ( , , ) [( ) ]. x y z k x R y z = − + + 设 的重心位置为 ( , , ), x y z 由对称性知 y z = = 0, 0, 而 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 [( ) ] [( ) ] . [( ) ] [( ) ] kx x R y z dv x x R y z dv x k x R y z dv x R y z dv − + + − + + = = − + + − + + 采用球面坐标来计算上式中的三重积分,并利用奇偶对称性,得 2 2 2 2 2 2 2 [( ) ] ( 2 ) x R y z dv x y z xR R dv − + + = + + − + 2 2 2 2 ( ) 2 x y z dv R xdv R dv = + + − + x y o a a D