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Centro de masa de una $n$-hemisferio

Relacionado con esta cuestión.

Tenga en cuenta que estoy usando el aparejador definición de una $n$-esfera de radio $r$, es decir,$ \{ x \in \mathbb{R}^n : \|x\|_2 = r \} $

Supongamos que tengo un $n$-esfera centrada en $\bf 0$ $\mathbb{R}^n$ radio $r$ que ha sido dividido en $2^k$ orthants por $k$ alineado al eje hyperplanes (nota, $k \le n$) $\mathbb{R}^{n-1}$ pasando a través de $\bf 0$. Por ejemplo, si $k=1$, tenemos $2$ $n$-hemisferios.

Aquí está la pregunta: ¿cómo puedo encontrar el centro de masa de un orthant? O (ya que todavía estoy trabajando en ello), ¿cómo encontrar el centro de masa de un $n$-hemisferio?

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Kristopher Johnson Puntos 265

Uno encuentra el centro de masa de estos cuerpos como uno solo para cualquier cuerpo, por la integración.

El $x_i$-coordenada del centro de masa de una región $A$ $\mathbb{R}^n$ es $$\frac{\int_A x_i\ dx_1\cdots dx_n}{\int_A\ dx_1\cdots dx_n}.$$ Aquí la región podría ser que entre los planos $x_n=a$ $x_n=b$ en la esfera de radio $r$ centrada en el origen. El uso de la simetría de $A$ esta proporción de las integrales es igual a $$\frac{\gamma_{n-1}\int_a^b x_n(r^2-x_n^2)^{(n-1)/2} dx_n} {\gamma_{n-1}\int_a^b (r^2-x_n^2)^{(n-1)/2} dx_n}$$ (en el $x_n$ dirección) donde $\gamma_{n-1}$ es el volumen de la $(n-1)$-dimensional unidad de balón (y amablemente se cancela). Estas integrales pueden ser atacados por trig sustituciones.

Editado Ahora es claro que mi interpretación original de tu pregunta estaba mal. Sin embargo, aún no está claro si su centro de masa es para un sólido orthant o su superficie curva. En cualquier caso, si su orthant está definido por las condiciones de $x_1,\ldots,x_k\ge0$, entonces su centro de de masa de la forma $(a,\ldots,a,0\ldots,0)$ donde $a$ depende de $r$ y $n$ pero no en $k$. Uno ve esto desde la simetría del problema. Por lo tanto el problema se reduce a la hemisférico caso. En el caso de que el sólido la respuesta es $$a=\frac{\int_0^r x(r^2-x^2)^{(n-1)/2} dx} {\int_0^r (r^2-x^2)^{(n-1)/2} dx}$$ mientras que en la "shell"), el caso es $$a=\frac{\int_0^r x(r^2-x^2)^{(n-3)/2} dx} {\int_0^r (r^2-x^2)^{(n-3)/2} dx}$$ (si me he hecho mi sumas a la derecha).

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