如何用积分计算旋转体的体积?
用guldin公式,取dθ分成的小扇形,由三角形重心公式知其重心位置高2/3*r(θ)*sinθ,微元面积为ds=1/2*(r(θ))*(r(θ))d(θ);
用guldin公式重心轨迹长为2π*2/3*r(θ)*sinθ,所以微元的面积dV=2/3*r(θ)三次方*sinθ积分即可。
例如:
r = a(1 + cosθ),绕极轴旋转,求体积
0 <= θ <= π.
曲线上一点(θ,a(1 + cosθ)) 到极轴的距离的平方为
[a(1 + cosθ)sinθ]^2
当θ变化到(θ+dθ)时,点在曲线上变化的弧长为
a(1+cosθ)dθ
所以 ,旋转体的体积
= 关于θ的从0到π的定积分,被积函数为{π[a(1 + cosθ)sinθ]^2a(1+cosθ)}
= 关于θ的从0到π的定积分,被积函数为{a^3π(1 + cosθ)^3[sinθ]^2}
= 关于θ的从0到π的定积分,被积函数为{a^3π[1 + 3cosθ + 3(cosθ)^2 + (cosθ)^3 ](sinθ)^2}
关于θ的从0到π的定积分,被积函数为{a^3π(sinθ)^2}
= 2a^3π*关于θ的从0到π/2的定积分,被积函数为{[1-cos(2θ)]/2}
= 2a^3π[π/4]
= a^3π^2/2
关于θ的从0到π的定积分,被积函数为{a^3π[3cosθ](sinθ)^2}= 0
关于θ的从0到π的定积分,被积函数为{a^3π[3(cosθ)^2](sinθ)^2}
= 3a^3π/2*关于θ的从0到π/2的定积分,被积函数为{[sin(2θ)]^2}
= 3a^3π/2*关于θ的从0到π/2的定积分,被积函数为{[1-cos(4θ)]/2}
= 3a^3π/2[π/4]
= 3a^3π^2/8
关于θ的从0到π的定积分,被积函数为{a^3π[(cosθ)^3 ](sinθ)^2}= 0
所以,旋转体的体积= 关于θ的从0到π的定积分,被积函数为{a^3π[1 + 3cosθ + 3(cosθ)^2 + (cosθ)^3 ](sinθ)^2}
= a^3π^2/2 + 0 + 3a^3π^2/8 + 0
= 7a^3π^2/8
扩展资料:
极坐标系是一个二维坐标系统。该坐标系统中的点由一个夹角和一段相对中心点——极点(相当于我们较为熟知的直角坐标系中的原点)的距离来表示。极坐标系的应用领域十分广泛,包括数学、物理、工程、航海以及机器人等领域。
在两点间的关系用夹角和距离很容易表示时,极坐标系便显得尤为有用;而在平面直角坐标系中,这样的关系就只能使用三角函数来表示。对于很多类型的曲线,极坐标方程是最简单的表达形式,甚至对于某些曲线来说,只有极坐标方程能够表示。
参考资料来源:百度百科-体积
2024-11-19 广告