m a s s = d e n s i t y × v o l u m e δ = ∣ x ∣ m a s s = ∫ ∫ ∫ δ d V W h e r e δ = ∣ x ∣ m a s s = ∫ − 1 1 ∫ − 1 − x 2 1 − x 2 ∫ x 2 + y 2 1 ∣ x ∣ d V = ∫ − 1 0 ∫ − 1 − x 2 1 − x 2 ∫ x 2 + y 2 1 ( − x ) d z d y d x + ∫ 0 1 ∫ − 1 − x 2 1 − x 2 ∫ x 2 + y 2 1 x d z d y d x L e t I 1 = ∫ − 1 0 ∫ − 1 − x 2 1 − x 2 ∫ x 2 + y 2 1 ( − x ) d z d y d x a n d I 2 = ∫ 0 1 ∫ − 1 − x 2 1 − x 2 ∫ x 2 + y 2 1 x d z d y d x S o l v i n g I 1 , I 1 = − ∫ − 1 0 ∫ − 1 − x 2 1 − x 2 x ( 1 − x 2 − y 2 ) d y d x = − ∫ − 1 0 ( x y − x 3 y − x y 3 3 ) ∣ − 1 − x 2 1 − x 2 d x = − ∫ − 1 0 ( x 1 − x 2 − x 3 1 − x 2 − x ( 1 − x 2 ) 1 − x 2 3 ) − ( − x 1 − x 2 + x 3 1 − x 2 + x ( 1 − x 2 ) 1 − x 2 3 ) d x = − 2 ∫ − 1 0 ( x 1 − x 2 − x 3 1 − x 2 − x ( 1 − x 2 ) 1 − x 2 3 ) d x S i m p l i f y , I 1 = − 4 3 ∫ − 1 0 x ( 1 − x 2 ) 1 − x 2 ) d x P u t 1 − x 2 = t 2 ⟹ − x d x = t d t I 1 = 4 3 ∫ 0 1 t 4 d t = t 5 5 ∣ 0 1 = 4 15 S i m i l a r l y , s o l v i n g f o r I 2 , w e g e t I 2 = 4 15 T h e r e f o r e , m a s s = I 1 + I 2 = 8 15 = 0.533 mass=density × volume\newline
\delta=|x|\newline mass=\int \int \int \delta dV\newline
Where \delta=|x|\newline
mass=\int_{-1}^{1} \int_{-\sqrt{1-x^2}}^
{\sqrt{1-x^2}}\int_{x^2+y^2}^1|x| dV
\newline
=\int_{-1}^{0} \int_{-\sqrt{1-x^2}}^
{\sqrt{1-x^2}}\int_{x^2+y^2}
^1(-x)dzdydx+\int_{0}^{1} \int_{-\sqrt{1-x^2}}^{\sqrt{1-x^2}}\int_{x^2+y^2}^1xdzdydx
\newline
Let I_1=\int_{-1}^{0} \int_{-\sqrt{1-x^2}}^{\sqrt{1-x^2}}\int_{x^2+y^2}
^1(-x)dzdydx\newline
and \newline
I_2=\int_{0}^{1} \int_{-\sqrt{1-x^2}}^
{\sqrt{1-x^2}}\int_{x^2+y^2}^1xdzdydx
\newline
Solving I_1,\newline
I_1=-\int_{-1}^{0} \int_{-\sqrt{1-x^2}}^
{\sqrt{1-x^2}}x(1-x^2-y^2)dydx\newline
=-\int_{-1}^{0}(xy-x^3y-\frac{xy^3}{3})|_{-\sqrt{1-x^2}}^
{\sqrt{1-x^2}}dx\newline
=-\int_{-1}^{0}(x\sqrt{1-x^2}-x^3\sqrt{1-x^2}-\frac{x(1-x^2)\sqrt{1-x^2}}{3})-(-x\sqrt{1-x^2}+x^3\sqrt{1-x^2}+\frac{x(1-x^2)\sqrt{1-x^2}}{3})dx\newline
=-2\int_{-1}^{0}(x\sqrt{1-x^2}-x^3\sqrt{1-x^2}-\frac{x(1-x^2)\sqrt{1-x^2}}{3})dx\newline
Simplify,\newline
I_1=-\frac{4}{3}\int_{-1}^{0}x(1-x^2)\sqrt{1-x^2})dx\newline
Put 1-x^2=t^2
\implies -xdx=tdt\newline
I_1=\frac{4}{3}\int_{0}^{1}t^4dt\newline
=\frac{t^5}{5}|_0^1 \newline
=\frac{4}{15}\newline
Similarly, solving for I_2, we get\newline
I_2=\frac{4}{15}\newline
Therefore, mass=I_1+I_2
=\frac{8}{15}=0.533 ma ss = d e n s i t y × v o l u m e δ = ∣ x ∣ ma ss = ∫∫∫ δ d V Wh ereδ = ∣ x ∣ ma ss = ∫ − 1 1 ∫ − 1 − x 2 1 − x 2 ∫ x 2 + y 2 1 ∣ x ∣ d V = ∫ − 1 0 ∫ − 1 − x 2 1 − x 2 ∫ x 2 + y 2 1 ( − x ) d z d y d x + ∫ 0 1 ∫ − 1 − x 2 1 − x 2 ∫ x 2 + y 2 1 x d z d y d x L e t I 1 = ∫ − 1 0 ∫ − 1 − x 2 1 − x 2 ∫ x 2 + y 2 1 ( − x ) d z d y d x an d I 2 = ∫ 0 1 ∫ − 1 − x 2 1 − x 2 ∫ x 2 + y 2 1 x d z d y d x S o l v in g I 1 , I 1 = − ∫ − 1 0 ∫ − 1 − x 2 1 − x 2 x ( 1 − x 2 − y 2 ) d y d x = − ∫ − 1 0 ( x y − x 3 y − 3 x y 3 ) ∣ − 1 − x 2 1 − x 2 d x = − ∫ − 1 0 ( x 1 − x 2 − x 3 1 − x 2 − 3 x ( 1 − x 2 ) 1 − x 2 ) − ( − x 1 − x 2 + x 3 1 − x 2 + 3 x ( 1 − x 2 ) 1 − x 2 ) d x = − 2 ∫ − 1 0 ( x 1 − x 2 − x 3 1 − x 2 − 3 x ( 1 − x 2 ) 1 − x 2 ) d x S im pl i f y , I 1 = − 3 4 ∫ − 1 0 x ( 1 − x 2 ) 1 − x 2 ) d x P u t 1 − x 2 = t 2 ⟹ − x d x = t d t I 1 = 3 4 ∫ 0 1 t 4 d t = 5 t 5 ∣ 0 1 = 15 4 S imi l a r l y , so l v in g f or I 2 , w e g e t I 2 = 15 4 T h ere f ore , ma ss = I 1 + I 2 = 15 8 = 0.533
Comments