作者snaredrum (好听木琴)
看板Math
标题Re: [微积] 四个变数的积分
时间Fri Mar 13 20:33:49 2020
非常感谢Chemmachine高手的指教。
我後来跟朋友讨论一下,这个题目可以这样做!
四维球体积是pi^2/2. 这个积分可以看成,球心 O(0,0,0,0)与点P(2,2,2,2)的万有引力
OP的距离是4,所以这个积分可以看成点O 质量 pi^2/2, 点P质量1,
万有引力是 pi^2/2 * 1 / 4^2 = pi^2/ 32.
不知道大家觉得这样对吗?
※ 引述《snaredrum (好听木琴)》之铭言:
: 标题: [微积] 四个变数的积分
: 时间: Thu Mar 12 18:51:11 2020
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: 请问有没有可以算积分的软体。? 数值解也可
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: 假设有四个变数x,y,z,w
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: \int_{x^2+y^2+z^2+w^2 <=1} 1 /((x-2)^2+(y-2)^2+(z-2)^2+(w-2)^2)
:
: 请问能求出这个积分的数值解吗?
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: 就是球 f= 1 /((x-2)^2+(y-2)^2+(z-2)^2+(w-2)^2) 在四维的单位球的体积分
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: ※ 文章网址: https://webptt.com/cn.aspx?n=bbs/Math/M.1584010275.A.5EC.html
: 推 chemmachine : https://reurl.cc/exxlaK 看看mathematica有没有四 03/12 21:38
: → chemmachine : 维的指令 03/12 21:38
: → chemmachine : n维球体积公式是已知的。 03/12 21:38
: 推 chemmachine : 把它指令改成四维的看看。 03/12 21:43
: 推 chemmachine : https://imgur.com/a/v08HmVq 03/12 21:50
: → chemmachine : https://imgur.com/a/AslstqK 03/12 21:50
: → chemmachine : https://imgur.com/a/wUwt1YX 03/12 21:51
: → chemmachine : https://imgur.com/a/9zV6OD6 03/12 21:51
: → chemmachine : 约翰科朗用球表面积壳层去积分,设单位球表面积wn 03/12 21:52
: → chemmachine : wn再用e^-r^2技巧求出,再和gamma做连结 03/12 21:53
: → snaredrum : 谢谢回答,球体体积的公式我知道,但现在是不会算这 03/12 22:29
: → snaredrum : 积分 03/12 22:29
: 推 chemmachine : 最後一页给出1/2pi^2*r^4 03/12 22:50
: → chemmachine : 书里对任意维度球均积分出来 03/12 22:50
: 推 chemmachine : 喔喔我看错了抱歉 03/12 22:52
: 推 chemmachine : 将书的方法改一改,书里f(r)代入1/r^2,得 03/12 23:09
: → chemmachine : wn*1/(n-2)*r^(n-2)当n=4时w4=2pi^2 所求=pi^2r^2 03/12 23:11
: → chemmachine : =pi^2 03/12 23:11
: 推 chemmachine : 另解,观察二维极座标x=cosM Y=sinM 03/12 23:15
: → chemmachine : x=rsinMcosN Y=rsinMsinN Z=rcosM 03/12 23:16
: → chemmachine : 得四维球座标 X=rsinMsinNcosP Y=rsinMsinNsinP 03/12 23:17
: → chemmachine : z=rsinMcosN w=rcosM 03/12 23:18
: → chemmachine : 仿照初维课本三维的球积分做出四维的球积分,答案 03/12 23:18
: → chemmachine : 应相同 03/12 23:19
: → snaredrum : 我问的问题的函数不是 1/r^2阿! 不过 非常感谢你的 03/13 00:42
: → snaredrum : 提点 03/13 00:43
: 推 chemmachine : 原来是(x,y,z)-(2,2,2),那极座标代入可以得到比较 03/13 01:45
: → chemmachine : 显式的解,分母一堆只能用估计的,偏积分也不太好 03/13 01:46
: → chemmachine : 算。 03/13 01:46
: → yhliu : 积分范围是4维单位球体, 还是做4维球座标变换吧! 03/13 08:45
: 推 chemmachine : 你这题是对|x-a|^-2做球体积分,如果是|x-a|^2是转 03/13 09:03
: → chemmachine : 动惯量,如果是x-a/|x-a|^3是万有引力的壳层公式, 03/13 09:03
: → chemmachine : 问题可简化为集中在质心。算了一下,一维的球体(棒 03/13 09:03
: → chemmachine : 子)不是集中在球心,所以此路大概也不通。这题大概 03/13 09:03
: → chemmachine : 就是很丑的积分吧。 03/13 09:03
: 推 chemmachine : |x-a|^2有平行轴定理 x-a/|x-a|^3有万有引力壳层定 03/13 19:08
: → chemmachine : 这题|x-a|^-2应该是没有的 03/13 19:09
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1F:推 chemmachine : 推文我回了,万有引力是向量,是向量r/|r|^3。 03/13 20:41
2F:→ chemmachine : 转动惯量平行轴,万有引力壳层,都类似但和本题不同 03/13 20:41
3F:→ chemmachine : 。您可查阅上述两定理的证明过程,应无法移植至此题 03/13 20:41
4F:→ chemmachine : 。反之,若此题有简易解,应为一着名定理。万有引力 03/13 20:41
5F:→ chemmachine : 是向量和,不是纯量和。 03/13 20:41
6F:→ chemmachine : 万有引力向量的norm才是距离平方导数,以上个人意 03/13 20:41
7F:→ chemmachine : 见供参。 03/13 20:41
8F:推 j0958322080 : 怪怪的+1,不如从二维,三维去算看看到四维的差异 03/13 21:01
9F:→ snaredrum : 积分也是一个向量和,不是吗? 03/13 21:28
10F:→ snaredrum : 要积分那个函数最大是1/13, 最小是1/21~ 03/13 21:30
11F:→ snaredrum : 感觉我朋友建议的估计是1/16还蛮合理的! 03/13 21:30
12F:→ snaredrum : 看了一下壳层定理,其实可以把球看成一壳一壳的累积 03/13 21:35
13F:→ snaredrum : 其实我朋友建议的算法就是壳层定理 03/13 21:35
14F:推 chemmachine : 向量可以积分,积分出来是向量。 03/13 21:37
15F:→ chemmachine : 纯量也可以积分,积分出来是纯量。 03/13 21:37
16F:→ chemmachine : 如果要写论文,这样算不行。 03/13 21:37
17F:→ chemmachine : 只是个工程上的估计应该可以但可以能会到20-30%误差 03/13 21:37
18F:→ chemmachine : 。 03/13 21:37
19F:→ chemmachine : 可以试试二维用牛顿万有引力和极座标1/r^2看看差多 03/13 21:37
20F:→ chemmachine : 少。 03/13 21:37
21F:→ chemmachine : 向量左右方向会抵消纯量不会。 03/13 21:37
22F:推 chemmachine : 壳层是向量,您可看它证明。想一下向量和纯量差别。 03/13 21:39
24F:→ chemmachine : 算出三维球体的1/(|x-a|^2)公式,将cos(phi)不要算 03/15 13:41
25F:→ chemmachine : 可以得到。三维的答案是GMm/2r*ln(r+R/r+R) 03/15 13:42
26F:→ chemmachine : 但二维的考虑一个实心圆盘计算到盘外一点1/|x-a|^2 03/15 13:43
27F:→ chemmachine : 之和为2tan^-1[r+R/(r-Rtan(pi/2))]/(r^2-R^2) 03/15 13:45
28F:推 chemmachine : 代表根据牛顿壳层可以算出一、二、三维的纯量和向量 03/15 13:47
29F:→ chemmachine : 1/|x-a|^2公式,但不同维 03/15 13:48
30F:→ chemmachine : 度之间的公式不同,无法类推到4维 03/15 13:48