In [2]:
from sympy import integrate ,cos,sin
from sympy.abc import a,x,y
import numpy as np
integrate(x*sin(x), x)
Out[2]:
$\displaystyle - x \cos{\left(x \right)} + \sin{\left(x \right)}$
如果指定x的取值范围的话，integrate 则进行定积分运算：
In [3]:
import math
from sympy import *
integrate(x*sin(x), (x, 0, 2*pi))
Out[3]:
$\displaystyle - 2 \pi$
为了计算球体体积，首先让我们来看看如何计算圆形面积，假设圆形的半径为r， 则圆上任意一点的Y坐标函数为：
y(x) = √r2 − x2
因此可以直接对上述函数在 -r 到 r 区间上进行积分得到半圆面积，
注意这里使用 symbols 函数一次创建多个符号：
In [4]:
x, y, r = symbols('x,y,r')
2 * integrate(sqrt(r*r-x**2), (x, -r, r))
Out[4]:
$\displaystyle 2 \left(\begin{cases} \int\limits_{- r}^{r} \begin{cases} - \frac{i r}{2 \sqrt{-1 + \frac{x}{r}} \sqrt{1 + \frac{x}{r}}} - \frac{i r}{2 \sqrt{-1 + \frac{x^{2}}{r^{2}}}} + \frac{3 i x^{2}}{2 r \sqrt{-1 + \frac{x^{2}}{r^{2}}}} + \frac{i x^{2}}{2 r \left(-1 + \frac{x^{2}}{r^{2}}\right)^{\frac{3}{2}}} - \frac{i x^{4}}{2 r^{3} \left(-1 + \frac{x^{2}}{r^{2}}\right)^{\frac{3}{2}}} & \text{for}\: \left|{\frac{x^{2}}{r^{2}}}\right| > 1 \\\frac{r \sqrt{1 - \frac{x^{2}}{r^{2}}}}{2} + \frac{r}{2 \sqrt{1 - \frac{x^{2}}{r^{2}}}} - \frac{x^{2}}{2 r \sqrt{1 - \frac{x^{2}}{r^{2}}}} & \text{otherwise} \end{cases}\, dx & \text{for}\: r > - r \\- \int\limits_{r}^{- r} \begin{cases} - \frac{i r}{2 \sqrt{-1 + \frac{x}{r}} \sqrt{1 + \frac{x}{r}}} - \frac{i r}{2 \sqrt{-1 + \frac{x^{2}}{r^{2}}}} + \frac{3 i x^{2}}{2 r \sqrt{-1 + \frac{x^{2}}{r^{2}}}} + \frac{i x^{2}}{2 r \left(-1 + \frac{x^{2}}{r^{2}}\right)^{\frac{3}{2}}} - \frac{i x^{4}}{2 r^{3} \left(-1 + \frac{x^{2}}{r^{2}}\right)^{\frac{3}{2}}} & \text{for}\: \left|{\frac{x^{2}}{r^{2}}}\right| > 1 \\\frac{r \sqrt{1 - \frac{x^{2}}{r^{2}}}}{2} + \frac{r}{2 \sqrt{1 - \frac{x^{2}}{r^{2}}}} - \frac{x^{2}}{2 r \sqrt{1 - \frac{x^{2}}{r^{2}}}} & \text{otherwise} \end{cases}\, dx & \text{otherwise} \end{cases}\right)$
很遗憾，integrate 函数没有计算出结果，而是直接返回了我们输入的算式。
这是因为 SymPy 不知道 r 是大于 0 的，如下重新定义 r ，就可以得到正确答案了：
In [5]:
r = symbols('r', positive=True)
circle_area = 2 * integrate(sqrt(r**2-x**2), (x, -r, r))
circle_area
Out[5]:
$\displaystyle \pi r^{2}$
接下来对此面积公式进行定积分，就可以得到球体的体积，但是随着X轴坐标的变化，
对应的切面的的半径会发生变化，现在假设X轴的坐标为x，球体的半径为r，
则x处的切面的半径为可以使用前面的公式 y(x) 计算出。
因此我们需要对 circle_area 中的变量r进行替代：
In [6]:
circle_area = circle_area.subs(r, sqrt(r**2-x**2))
circle_area
Out[6]:
$\displaystyle \pi \left(r^{2} - x^{2}\right)$
In [7]:
integrate(circle_area, (x, -r, r))
Out[7]:
$\displaystyle \frac{4 \pi r^{3}}{3}$