Объем тела вращения вокруг оси параболой. Урок «Вычисление объемов тел вращения с помощью определенного интеграла

ЗАДАЧИ и решения по дисциплине Деньги, кредит банки Задача 1. Средний уровень цен вырос за год на 9%, объем производства - на 6%, скорость оборота денег снизилась с 4 до 3,5 оборота. Определить объем денежной массы на конец года, если в начале года он составлял 5 трлн. руб. Решение: 1). 5 * 4 = 20 трлн. руб. 2). 20 * 1,09 *1,06 / 3,5 = 6,6 трлн. руб. Задача 2. Объем производства увеличился за год на 7%, средний уровень цен – на 8%, денежная масса выросла с 5 до 7 трлн. руб. Определить скорость оборота денег в данном году, если известно, что в прошлом году она составляла 4 оборота. Решение: 1). 5 * 4 = 20 трлн. руб. 2). 20 * 1,07 * 1,08 / 7 = 3,3 оборотов Задача 3. Определить, удалось ли выполнить в 2006 г. установленный Основными направлениями единой государственной денежно-кредитной политики целевой ориентир роста денежной массы в пределах 19-28%, если объем ВВП вырос с 21,6 до 26,8 трлн. руб., а скорость обращения денег снизилась на 13,5%. Решение: 26,8 * 100 / 21,6 * 86,5 = 1,434 или 143,4 %. Ответ: Рост денежной массы (43,4 %) больше ориентира (19- 28 %). Задача 4. Денежная база – 3 484 млрд. руб., наличные деньги вне банков (агрегат М0) – 2 352 млрд. руб., депозиты до востребования и срочные – 5 357 млрд. руб., депозиты в иностранной валюте – 1130 млрд. руб. Рассчитать: а) объем денежной массы в национальном определении (агрегат М2); б) объем денежной массы по методологии денежного обзора (агрегат М2Х); в) величину денежного мультипликатора. Решение: 1). М2 = 2352 + 5357 = 7709 млрд. руб. 2). М2Х = 7709+ 1130 = 8839 млрд. руб. 3). Денежный мультипликатор Дм = 7709 / 3484 = 2, 213. Задача 5. Объем ВВП составляет 30 трлн. руб., а денежной массы – 7 трлн. руб. Определить: а) коэффициент монетизации экономики, б) скорость оборота денег. Решение: 1). Км = 7/ 30 = 0, 233 или 23,3%. 2). V = 30 / 7 = 4,29 оборота в год. Задача 6. Банковский мультипликатор равен 20, максимально возможное количество денег, которое может создать банковская система - 80 млн. руб. Определить: а) норму обязательных резервов, б) сумму первоначального депозита. Решение: 1). Но = 1 / 20 = 0,05 или 5 %. 2). 80 / 20 = 4 млн. руб. Задача 7. Норма обязательных резервов равна 4%. Коэффициент депонирования (отношение наличность/депозиты) – 56% объема депозитов. Сумма обязательных резервов – 80 млрд. руб. Определить объем денежной массы в обороте (сумму депозитов и наличных денег). Решение: 1). Сумма депозитов Д = 80 / 0,04 = 2000 млрд. руб. 2). Сумма наличных денег Н = 2000 * 0,56 = 1120 млрд. руб. 3). Объем денежной массы в обороте М = Д+Н = 2000 + 1120 = 3120 млрд. руб. Задача 8. ВВП составляет 13243 млрд. руб., а денежная масса – 2674 млрд. руб. Рассчитать показатели оборачиваемости денежной массы: а) скорость оборота (количество оборотов) денежной массы; б) продолжительность одного оборота (в днях). Решение: 1). V = 13243 / 2674 = 4, 952 оборотов. 2). T = 360 / 4, 952 = 72,7 дня. Задача 9. Номинальный курс рубля к доллару США – 25 руб., уровень инфляции в США – 3%, в России – 10%. Требуется: а) определить реальный курс рубля к доллару, б) сравнить реальный курс с номинальным, в) объяснить, чем вызвано различие уровней номинального и реального курсов. Решение: 1). РК = 25 * 1,03/ 1,10 = 23,41 руб. 2). и 3). Реальный курс выше номинального, так как уровень инфляции в России выше, чем в США. Задача 10. Банк имеет закрытые валютные позиции. В течение дня он купил: 1000 фунтов стерлингов за японские иены по курсу 223 иены за фунт и 1000 долларов США за фунты стерлингов по курсу 1,8860 долл. за фунт. Определить величину валютных позиций по фунтам, иенам и долларам к концу рабочего дня. Решение: 1). Открылась длинная позиция по фунтам + 1000 ф. ст. и короткая позиция по иенам – 223000 иен (223 * 1000). 2). Открылась длинная позиция по долларам + 1000 дол. США. Позиция по фунтам стерлингов уменьшилась на 530,2 ф.ст. (1000 / 1,8860) и составила +469,8 фунтов стерлингов (1000 – 530,2). Задача 11. Как изменился реальный курс евро к рублю, если номинальный курс вырос с 34,16 до 34,73 руб. за евро, а цены увеличились в странах зоны евро на 1,9%, в России – на 9%? Решение: 1). Номинальный курс евро к рублю повысился на 1,35% (34,73 – 34,16)*100/34,73 = 1,35% 2). Реальный курс евро к рублю повысился на 0,052 или на 5,2 % а)1,0135 * 1,019/1,09 = 0,948. б) 1,0 – 0,948 = 0,052. Задача 12. Как изменились номинальный и реальный курсы рубля к евро, если номинальный курс евро к рублю вырос с 34,85 до 35,00 руб. за евро, а цены увеличились в странах зоны евро на 2%, в РФ – на 10%? Решение: 1)Снижение НК=1/34,85-1/35=0,0287-0,0286 = 0,0001евро за 1 руб. 2)Снижение РК=0,0287*1,10/1,02-0,0286*1,10/1,02=0,0309-0,0307=0,0002 Задача 13. 1 ноября 2006 г. центральный банк предоставил коммерческому банку кредит на 10 календарных дней под 7,5% годовых в сумме 10 млн. руб. Определить: а) сумму начисленных процентов за пользование кредитом, б) наращенную сумму долга по кредиту. Решение: 1). 10млн.руб * 0,075 * (10 – 1)/ 365 = 18493 руб. 2). 10млн.руб. + 18493 руб. = 10018493 руб. Задача 14. В первый месяц уровень инфляции составил 14%, во второй – 9%, в третий – 7%. Каков уровень инфляции за квартал? Решение: 1).Индекс инфляции за квартал I кв. = (1+0,14)*(1+0,09)*(1+0,07)=1,33 2). Уровень инфляции за квартал R = (1,33 – 1) * 100% = 33 %. Задача 15. Объем денежной массы по методологии денежного обзора (агрегат М2Х) за 2006 год вырос с 8 до 11 трлн. руб., денежной массы в национальном определении (агрегат М2) – с 7 до 10 трлн. руб. Требуется: а) определить динамику доли депозитов в инвалюте в структуре денежной массы; б) охарактеризовать влияние динамики доли депозитов на процесс дедолларизации экономики России. Решение: 1). (11-10)/ (8-7)*100%=100 %. 2). 1: 11/ 1: 8 = 0,727 или 72,7 %. Вывод: Коэффициент долларизации снизился на 27,3 % (100-72,7). Задача 16. Объем производства вырос на 5%, денежная масса – на 25%, скорость оборота денег снизилась на 4%. Определить: а) изменение среднего уровня цен, б) изменение покупательной способности рубля. Решение: 1). Увеличение среднего уровня цен равно 14% (1,25*0,96/ 1,05 -1=0,14). 2).Снижение покупательной способности рубля на 12,29% (1-1/1,14 = 0,1229). Задача 17. Определить кросс-курс евро в фунтах стерлингов, если 1 фунт = 1,7664 дол. США, 1 евро = 1,2318 дол. США. Решение: 1 дол. США = 1/ 1,7664 ф.ст.=0,5661ф.ст. 1 евро =1,2318 дол.США = 1,2318* 0,5661 ф.ст. = 0,6973 фунтов стерлингов. Задача 18. Центральный банк купил у коммерческих банков казначейские векселя за 15 дней до погашения на сумму 75 млн. долларов по учетной ставке 5%. Как может измениться объем денежной массы, если норма обязательных резервов равна 4%? Решение: 1).Сумма долга, обозначенная в векселях S=75/ 1-15: 360*0,05=75,15 млн. дол. 2).Уменьшение объема денежной массы (75,15-75)*1/ 0,04 = 3,75 млн.дол.США. Задача 19. Инвестиционный портфель содержит 1 500 простых акций номиналом 100 руб., 600 привилегированных акций номиналом 1000 руб., 700 облигаций номиналом 1000 руб. Определить наиболее доходную бумагу инвестиционного портфеля, если сумма дивидендов по простым акциям составила 30 тыс. руб., по привилегированным – 60 тыс. руб., а сумма процентов по облигациям – 56 тыс. руб. Решение: 1). Доходность простых акций - 0,2 (30000/1500*100). 2).Доходность привилегированных акций - 0,1 (60000/600*1000). 3).Доходность облигаций - 0,08 (56000/700*1000). Ответ: Наиболее доходная – простая акция с доходностью 20 %. Задача 20. Вексель на сумму 500 тыс. руб. был предъявлен к учету в банк за 3 месяца до погашения и был учтен по учетной ставке 5%. Рассчитать: а) сумму, выплаченную владельцу векселя; б) сумму дохода (дисконта) банка. Решение: 1).500 тыс. руб.*(1-0,05*3/12)=493750 руб. 2).500000-493750=6250 руб. Задача 21. Определить минимальный срок инвестирования, если комиссия за вступление в ОФБУ составила 2%, комиссия за выход из ОФБУ равняется 2,5%, сумма вознаграждения управляющего исчисляется в 1,5%, а доходность фонда за год составила 24%. Решение: 1).Расходы по инвестированию равны 6 % (2 + 2,5 + 1,5). 2).Минимальный срок инвестирования равен 0,25 года (6/24). Задача 22. При создании банка было выпущено 1 500 обыкновенных акций номиналом 1 000 руб., которые были проданы по курсу 1300 руб. Кроме того, за два года деятельности нераспределенная прибыль банка составила 60 000 руб. и 80 000 руб. соответственно. Привилегированных акций банк не выпускал. Определить размер капитала банка спустя два года после начала его деятельности. Решение:1).Уставный капитал-1500000 руб.(1500*1000).2).Дополнительный капитал- (1300 – 1000)*1500 = 450000 руб. 3). Нераспределенная прибыль-140000 руб.(60000+80000). Ответ: Капитал банка составит 2090000 руб. (1500000 + 450000 + 140000). Задача 23. Банк принимает депозиты на 4 месяца по ставке 5% годовых, на 5 месяцев по ставке 6% годовых и на год по ставке 7% годовых. Сумма депозита - 100 тыс. руб. Определить наращенную сумму депозита на сроки: а) 4 месяца; б) 5 месяцев; в) год. Решение: 1). 100000*(1+0,05*4/12)=101665 руб. 2).100000*(1+0,06*5/12) = 102500 руб. 3). 100000*(1 + 0,07) = 107000 руб. Задача 24. Банк выдал кредит в сумме 600 000 руб. на три квартала по простой ставке процентов, которая в первом квартале составила 12% годовых, а в каждом последующем квартале увеличивалась на 1 процентный пункт. Определить: а) наращенную сумму долга; б) сумму процентов за пользование кредитом. Решение:1)600000*(1+0,25*0,12+0,25*0,13+0,25*0,14)=658500 руб. 2).658500-600000=58500руб. Задача 25. Банк выдал кредит в сумме 6 000 000 руб. на 2 года по годовой ставке сложных процентов 15% годовых. Кредит должен быть погашен единовременным платежом с процентами в конце срока. Определить: а) наращенную сумму долга; б) сумму процентов. Решение: 1).6000000*(1+0,15)*(1+0,15)=7635000 руб. 2)7635000-6000000=1635000 руб. Задача 26. Заемщик берет ссуду на сумму 120 000 руб. сроком на 3 месяца. Через 3 месяца заемщик погашает ссуду и выплачивает 3 000 руб. процентов по ней. Определить годовую ставку простых процентов по ссуде. Решение: 3000*100*360/120000*90 = 10 % Задача 27. Банк выдал первому заемщику кредит на сумму 150 000 руб. сроком на 2 месяца по ставке 15% годовых и второму заемщику - на сумму 250 000 руб. сроком на 3 месяца по ставке 20% годовых. Определить сумму полученных банком процентов по предоставленным кредитам. Решение: 150000*0,15*2/12 + 250000*0,2*3/12 = 16250 руб. Задача 28. Приведены данные баланса банка, тыс. руб. а) рассчитать коэффициент мгновенной ликвидности (Н2), сравнить с нормативным значением; б) рассчитать показатель текущей ликвидности (Н3), сравнить с нормативным значением. Решение: Н2 = 150000/1700000 = 0,088 или 8,8% (Н2=8,8% ниже норматива-15%). Н3 = 2500000/1700000 +4500000 = 0,403 или 40,3% (Н3=40,3% ниже норматива-50 %). Задача 29. Приведены данные баланса банка, тыс. руб. Определить: а) коэффициент рентабельности капитала и его экономический смысл; б) коэффициент рентабельности работающих активов и его экономический смысл. Решение: 1). 4660/55900=0,083 или 8,3% (эффективность использования капитала). 2).4660/330500 = 0,014 или 1,4% (показатель эффективности работающих активов). Задача 30. Приведены данные баланса предприятия, тыс. руб. Требуется: а) определить коэффициент текущей ликвидности, сравнить с оптимальным значением; б) определить коэффициент абсолютной ликвидности, сравнить с оптимальным значением. Решение: 1). 290442/80500 = 3,6 (нормативное значение равно 1,0 – 2,0). Вывод: предприятие имеет возможность погашения краткосрочных обязательств за счет оборотных активов. 2). 9003/80500 = 0,11 (нормативное значение равно 0,1 – 0,3). Вывод: предприятие имеет возможность погашения краткосрочных обязательств за счет денежных средств.

плоской фигуры вокруг оси

Пример 3

Дана плоская фигура, ограниченная линиями , , .

1) Найти площадь плоской фигуры, ограниченной данными линиями.

2) Найти объем тела, полученного вращением плоской фигуры, ограниченной данными линиями, вокруг оси .

Внимание! Даже если вы хотите ознакомиться только со вторым пунктом, сначала обязательно прочитайте первый!

Решение : Задача состоит из двух частей. Начнем с площади.

1) Выполним чертёж:

Легко заметить, что функция задает верхнюю ветку параболы, а функция – нижнюю ветку параболы. Перед нами тривиальная парабола, которая «лежит на боку».

Нужная фигура, площадь которой предстоит найти, заштрихована синим цветом.

Как найти площадь фигуры? Её можно найти «обычным» способом. Причем, площадь фигуры находится как сумма площадей:

– на отрезке ;

– на отрезке .

Поэтому:

Есть более рациональный путь решения: он состоит в переходе к обратным функциям и интегрированию по оси .

Как перейти к обратным функциям? Грубо говоря, нужно выразить «икс» через «игрек». Сначала разберемся с параболой:

Этого достаточно, но убедимся, что такую же функцию можно вывести из нижней ветки:

С прямой всё проще:

Теперь смотрим на ось : пожалуйста, периодически наклоняйте голову вправо на 90 градусов по ходу объяснений (это не прикол!). Нужная нам фигура лежит на отрезке , который обозначен красным пунктиром. При этом на отрезке прямая расположена выше параболы , а значит, площадь фигуры следует найти по уже знакомой вам формуле: . Что поменялось в формуле? Только буква, и не более того.

! Примечание : Пределы интегрирования по оси следует расставлять строго снизу вверх !

Находим площадь:

На отрезке , поэтому:

Обратите внимание, как я осуществил интегрирование, это самый рациональный способ, и в следующем пункте задания будет понятно – почему.

Для читателей, сомневающихся в корректности интегрирования, найду производные:

Получена исходная подынтегральная функция, значит интегрирование выполнено правильно.

Ответ :

2) Вычислим объем тела, образованного вращением данной фигуры, вокруг оси .

Перерисую чертеж немного в другом оформлении:

Итак, фигура, заштрихованная синим цветом, вращается вокруг оси . В результате получается «зависшая бабочка», которая вертится вокруг своей оси.

Для нахождения объема тела вращения будем интегрировать по оси . Сначала нужно перейти к обратным функциям. Это уже сделано и подробно расписано в предыдущем пункте.

Теперь снова наклоняем голову вправо и изучаем нашу фигуру. Очевидно, что объем тела вращения, следует найти как разность объемов.

Вращаем фигуру, обведенную красным цветом, вокруг оси , в результате получается усеченный конус. Обозначим этот объем через .

Вращаем фигуру, обведенную зеленым цветом, вокруг оси и обозначаем через объем полученного тела вращения.

Объем нашей бабочки равен разности объемов .

Используем формулу для нахождения объема тела вращения:

В чем отличие от формулы предыдущего параграфа? Только в букве.

А вот и преимущество интегрирования, о котором я недавно говорил, гораздо легче найти , чем предварительно возводить подынтегральную функцию в 4-ую степень.

Ответ :

Заметьте, что если эту же плоскую фигуру вращать вокруг оси , то получится совершенно другое тело вращения, другого, естественно, объема.

Пример 7

Вычислить объем тела, образованного вращением вокруг оси фигуры, ограниченной кривыми и .

Решение : Выполним чертеж:

Попутно знакомимся с графиками некоторых других функций. Такой вот интересный график чётной функции ….

Для цели нахождения объема тела вращения достаточно использовать правую половину фигуры, которую я заштриховал синим цветом. Обе функции являются четными, их графики симметричны относительно оси , симметрична и наша фигура. Таким образом, заштрихованная правая часть, вращаясь вокруг оси , непременно совпадёт с левой нештрихованной частью. или . В действительности я и сам всегда страхуюсь, подставляя в найденную обратную функцию пару точек графика.

Теперь наклоняем голову вправо и замечаем следующую вещь:

– на отрезке над осью расположен график функции ;

Логично предположить, что объем тела вращения нужно искать уже как сумму объемов тел вращений!

Используем формулу:

В данном случае.

I. Объемы тел вращения. Предварительно изучите по учебнику Г. М. Фихтенгольца главу XII, п°п° 197, 198* Разберите подробно примеры, приведенные в п° 198.

508. Вычислить объем тела, образуемого вращением эллипсаВокруг оси Ох.

Таким образом,

530. Найти площадь поверхности, образованной вращением вокруг оси Ox дуги синусоиды у = sin х от точки X = 0 до точки X = It.

531. Вычислить площадь поверхности конуса с высотой h и радиусом г.

532. Вычислить площадь поверхности, образованной

вращением астроиды х3 -)- у* — а3 вокруг оси Ох.

533. Вычислить площадь поверхности, образованной цращением петли кривой 18 уг — х (6 — х)г вокруг оси Ох.

534. Найти поверхность тора, производимого вращением круга X2 - j - (у—З)2 = 4 вокруг оси Ох.

535. Вычислить площадь поверхности, образованной вращением окружности X = a cost, y = asint вокруг оси Ох.

536. Вычислить площадь поверхности, образованной вращением петли кривой х = 9t2, у = St — 9t3 вокруг оси Ох.

537. Найти площадь поверхности, образованной вращением дуги кривой х = е*sint, у = el cost вокруг оси Ox

от t = 0 до t = —.

538. Показать, что поверхность, производимая вращением дуги циклоиды х = a (q> —sin ф), у = а (I — cos ф) вокруг оси Oy, равна 16 и2 о2.

539. Найти поверхность, полученную вращением кардиоидыВокруг полярной оси.

540. Найти площадь поверхности, образованной вращением лемнискатыВокруг полярной оси.

Дополнительные задачи к главе IV

Площади плоских фигур

541. Найтивсю площадь области, ограниченной кривойИ осью Ох.

542. Найти площадь области, ограниченной кривой

И осью Ох.

543. Найти часть площади области, расположенной в первом квадранте и ограниченной кривой

л осями координат.

544. Найти площадь области, содержащейся внутри

петли:

545. Найти площадь области, ограниченной одной петлей кривой:

546. Найти площадь области, содержащейся внутри петли:

547. Найти площадь области, ограниченной кривой

И осью Ох.

548. Найти площадь области, ограниченной кривой

И осью Ох.

549. Найти площадь области, ограниченной осью Oxr

прямойИ кривой

С содержится в промежутке. Таким образом, мы вновь получили лангранжеву форму дополнительного члена. 5. Заключение. В курсовой работе даны определения определенного и несобственного интеграла и его виды, рассмотрены вопросы некоторого приложения определенного интеграла. В частности, формула Валлиса, имеющая историческое значение, как первое представление числа p в виде предела легко вычисляемой...

ределенный интеграл функции типа численно представляет собой площадь криволинейной трапеции ограниченной кривыми x=0, y=a, y=b и y= (Рис. 1). Есть два метода вычисления этой площади или определенного интеграла - метод трапеций (Рис. 2) и метод средних прямоугольников (Рис. 3). Рис. 1. Криволинейная трапеция. Рис. 2. Метод трапеций. Рис. 3. Метод средних прямоугольников. По методам...

N (увеличения числа интеграций) повышается точность приближенного вычисления интегралов Задание на лабораторную работу 1) Написать программы вычисления определенного интеграла методами: средних, правых прямоугольников, трапеции и методом Симпсона. Выполнить интегрирование следующих функций: 1. f(x)=x f(x)=x2 f(x)= x3 f(x)= x4 на отрезке с шагом, 2. f(x)= f(x)= f(x)= ...

... (процедура TABL) и интеграл. 4. Заключение и выводы. Таким образом очевидно, что при вычислении определенных интегралов с помощью квадратурных формул, а в частности по формуле Чебышева не дает нам точного значения, а только приближенное. Чтобы максимально приблизиться к достоверному значению интеграла нужно уметь правильно выбрать метод и формулу, по которой будет вестись расчет. Так же...

Как и для задачи нахождения площади, нужны уверенные навыки построения чертежей – это чуть ли не самое важное (поскольку интегралы сами по себе чаще будут лёгкими). Освоить грамотную и быструю технику построения графиков можно с помощью методических материалов и Геометрические преобразования графиков . Но, собственно, о важности чертежей я уже неоднократно говорил на уроке .

Вообще в интегральном исчислении очень много интересных приложений, с помощью определенного интеграла можно вычислить площадь фигуры, объем тела вращения, длину дуги , площадь поверхности вращения и многое другое. Поэтому будет весело, пожалуйста, настройтесь на оптимистичный лад!

Представьте некоторую плоскую фигуру на координатной плоскости. Представили? ... Интересно, кто что представил… =))) Её площадь мы уже находили. Но, кроме того, данную фигуру можно ещё и вращать, причем вращать двумя способами:

– вокруг оси абсцисс ;
– вокруг оси ординат .

В данной статье будут разобраны оба случая. Особенно интересен второй способ вращения, он вызывает наибольшие затруднения, но на самом деле решение практически такое же, как и в более распространенном вращении вокруг оси абсцисс. В качестве бонуса я вернусь к задаче нахождения площади фигуры , и расскажу вам, как находить площадь вторым способом – по оси . Даже не столько бонус, сколько материал удачно вписывается в тему.

Начнем с наиболее популярной разновидности вращения.

плоской фигуры вокруг оси

Пример 1

Вычислить объем тела, полученного вращением фигуры, ограниченной линиями , вокруг оси .

Решение : Как и в задаче на нахождение площади, решение начинается с чертежа плоской фигуры . То есть, на плоскости необходимо построить фигуру, ограниченную линиями , , при этом не забываем, что уравнение задаёт ось . Как рациональнее и быстрее выполнить чертёж, можно узнать на страницах Графики и свойства Элементарных функций и Определенный интеграл. Как вычислить площадь фигуры . Это китайское напоминание, и на данном моменте я больше не останавливаюсь.

Чертёж здесь довольно прост:

Искомая плоская фигура заштрихована синим цветом, именно она и вращается вокруг оси В результате вращения получается такая немного яйцевидная летающая тарелка, которая симметрична относительно оси . На самом деле у тела есть математическое название, но по справочнику что-то лень уточнять, поэтому едем дальше.

Как вычислить объем тела вращения?

Объем тела вращения можно вычислить по формуле :

В формуле перед интегралом обязательно присутствует число . Так повелось – всё, что в жизни крутится, связано с этой константой.

Как расставить пределы интегрирования «а» и «бэ», думаю, легко догадаться из выполненного чертежа.

Функция … что это за функция? Давайте посмотрим на чертеж. Плоская фигура ограничена графиком параболы сверху. Это и есть та функция, которая подразумевается в формуле.

В практических заданиях плоская фигура иногда может располагаться и ниже оси . Это ничего не меняет – подынтегральная функция в формуле возводится в квадрат: , таким образом интеграл всегда неотрицателен , что весьма логично.

Вычислим объем тела вращения, используя данную формулу:

Как я уже отмечал, интеграл почти всегда получается простой, главное, быть внимательным.

Ответ :

В ответе нужно обязательно указать размерность – кубические единицы . То есть, в нашем теле вращения примерно 3,35 «кубиков». Почему именно кубические единицы ? Потому что наиболее универсальная формулировка. Могут быть кубические сантиметры, могут быть кубические метры, могут быть кубические километры и т.д., это уж, сколько зеленых человечков ваше воображение поместит в летающую тарелку.

Пример 2

Найти объем тела, образованного вращением вокруг оси фигуры, ограниченной линиями , ,

Это пример для самостоятельного решения. Полное решение и ответ в конце урока.

Рассмотрим две более сложные задачи, которые тоже часто встречаются на практике.

Пример 3

Вычислить объем тела, полученного при вращении вокруг оси абсцисс фигуры, ограниченной линиями , , и

Решение : Изобразим на чертеже плоскую фигуру, ограниченную линиями , , , , не забывая при этом, что уравнение задает ось :

Искомая фигура заштрихована синим цветом. При её вращении вокруг оси получается такой сюрреалистический бублик с четырьмя углами.

Объем тела вращения вычислим как разность объемов тел .

Сначала рассмотрим фигуру, которая обведена красным цветом. При её вращении вокруг оси получается усеченный конус. Обозначим объем этого усеченного конуса через .

Рассмотрим фигуру, которая обведена зеленым цветом. Если вращать данную фигуру вокруг оси , то получится тоже усеченный конус, только чуть поменьше. Обозначим его объем через .

И, очевидно, разность объемов – в точности объем нашего «бублика».

Используем стандартную формулу для нахождения объема тела вращения:

1) Фигура, обведенная красным цветом ограничена сверху прямой , поэтому:

2) Фигура, обведенная зеленым цветом ограничена сверху прямой , поэтому:

3) Объем искомого тела вращения:

Ответ :

Любопытно, что в данном случае решение можно проверить, используя школьную формулу для вычисления объема усеченного конуса.

Само решение чаще оформляют короче, примерно в таком духе:

Теперь немного отдохнем, и расскажу о геометрических иллюзиях.

У людей часто возникают иллюзии, связанная с объемами, которую подметил еще Перельман (другой) в книге Занимательная геометрия . Посмотрите на плоскую фигуру в прорешанной задаче – она вроде бы невелика по площади, а объем тела вращения составляет чуть более 50 кубических единиц, что кажется слишком большим. Кстати, среднестатистический человек за всю свою жизнь выпивает жидкость объемом с комнату площадью 18 квадратных метров, что, наоборот, кажется слишком маленьким объемом.

Вообще, система образования в СССР действительно была самой лучшей. Та же книга Перельмана, изданная ещё в 1950 году, очень хорошо развивает, как сказал юморист, соображаловку и учит искать оригинальные нестандартные решения проблем. Недавно с большим интересом перечитал некоторые главы, рекомендую, доступно даже для гуманитариев. Нет, не нужно улыбаться, что я предложил беспонтовое времяпровождение, эрудиция и широкий кругозор в общении – отличная штука.

После лирического отступления как раз уместно решить творческое задание:

Пример 4

Вычислить объем тела, образованного вращением относительно оси плоской фигуры, ограниченной линиями , , где .

Это пример для самостоятельного решения. Обратите внимание, что все дела происходят в полосе , иными словами, фактически даны готовые пределы интегрирования. Правильно начертите графики тригонометрических функций, напомню материал урока о геометрических преобразованиях графиков : если аргумент делится на два: , то графики растягиваются по оси в два раза. Желательно найти хотя бы 3-4 точки по тригонометрическим таблицам , чтобы точнее выполнить чертеж. Полное решение и ответ в конце урока. Кстати, задание можно решить рационально и не очень рационально.

Вычисление объема тела, образованного вращением
плоской фигуры вокруг оси

Второй параграф будет еще интереснее, чем первый. Задание на вычисление объема тела вращения вокруг оси ординат – тоже достаточно частый гость в контрольных работах. Попутно будет рассмотрена задача о нахождении площади фигуры вторым способом – интегрированием по оси , это позволит вам не только улучшить свои навыки, но и научит находить наиболее выгодный путь решения. В этом есть и практический жизненный смысл! Как с улыбкой вспоминала мой преподаватель по методике преподавания математики, многие выпускники благодарили её словами: «Нам очень помог Ваш предмет, теперь мы эффективные менеджеры и оптимально руководим персоналом». Пользуясь случаем, я тоже выражаю ей свою большую благодарность, тем более, что использую полученные знания по прямому назначению =).

Рекомендую для прочтения всем, даже полным чайникам. Более того, усвоенный материал второго параграфа окажет неоценимую помощь при вычислении двойных интегралов .

Пример 5

Дана плоская фигура, ограниченная линиями , , .

1) Найти площадь плоской фигуры, ограниченной данными линиями.
2) Найти объем тела, полученного вращением плоской фигуры, ограниченной данными линиями, вокруг оси .

Внимание! Даже если вы хотите ознакомиться только со вторым пунктом, сначала обязательно прочитайте первый!

Решение : Задача состоит из двух частей. Начнем с площади.

1) Выполним чертёж:

Легко заметить, что функция задает верхнюю ветку параболы, а функция – нижнюю ветку параболы. Перед нами тривиальная парабола, которая «лежит на боку».

Нужная фигура, площадь которой предстоит найти, заштрихована синим цветом.

Как найти площадь фигуры? Её можно найти «обычным» способом, который рассматривался на уроке Определенный интеграл. Как вычислить площадь фигуры . Причем, площадь фигуры находится как сумма площадей:
– на отрезке ;
– на отрезке .

Поэтому:

Чем в данном случае плох обычный путь решения? Во-первых, получилось два интеграла. Во-вторых, под интегралами корни, а корни в интегралах – не подарок, к тому же можно запутаться в подстановке пределов интегрирования. На самом деле, интегралы, конечно, не убийственные, но на практике всё бывает значительно печальнее, просто я подобрал для задачи функции «получше».

Есть более рациональный путь решения: он состоит в переходе к обратным функциям и интегрированию по оси .

Как перейти к обратным функциям? Грубо говоря, нужно выразить «икс» через «игрек». Сначала разберемся с параболой:

Этого достаточно, но убедимся, что такую же функцию можно вывести из нижней ветки:

С прямой всё проще:

Теперь смотрим на ось : пожалуйста, периодически наклоняйте голову вправо на 90 градусов по ходу объяснений (это не прикол!). Нужная нам фигура лежит на отрезке , который обозначен красным пунктиром. При этом на отрезке прямая расположена выше параболы , а значит, площадь фигуры следует найти по уже знакомой вам формуле: . Что поменялось в формуле? Только буква, и не более того.

! Примечание : Пределы интегрирования по оси следует расставлять строго снизу вверх !

Находим площадь:

На отрезке , поэтому:

Обратите внимание, как я осуществил интегрирование, это самый рациональный способ, и в следующем пункте задания будет понятно – почему.

Для читателей, сомневающихся в корректности интегрирования, найду производные:

Получена исходная подынтегральная функция, значит интегрирование выполнено правильно.

Ответ :

2) Вычислим объем тела, образованного вращением данной фигуры, вокруг оси .

Перерисую чертеж немного в другом оформлении:

Итак, фигура, заштрихованная синим цветом, вращается вокруг оси . В результате получается «зависшая бабочка», которая вертится вокруг своей оси.

Для нахождения объема тела вращения будем интегрировать по оси . Сначала нужно перейти к обратным функциям. Это уже сделано и подробно расписано в предыдущем пункте.

Теперь снова наклоняем голову вправо и изучаем нашу фигуру. Очевидно, что объем тела вращения, следует найти как разность объемов.

Вращаем фигуру, обведенную красным цветом, вокруг оси , в результате получается усеченный конус. Обозначим этот объем через .

Вращаем фигуру, обведенную зеленым цветом, вокруг оси и обозначаем через объем полученного тела вращения.

Объем нашей бабочки равен разности объемов .

Используем формулу для нахождения объема тела вращения:

В чем отличие от формулы предыдущего параграфа? Только в букве.

А вот и преимущество интегрирования, о котором я недавно говорил, гораздо легче найти , чем предварительно возводить подынтегральную функцию в 4-ю степень.

Ответ :

Однако нехилая бабочка.

Заметьте, что если эту же плоскую фигуру вращать вокруг оси , то получится совершенно другое тело вращения, другого, естественно, объема.

Пример 6

Дана плоская фигура, ограниченная линиями , и осью .

1) Перейти к обратным функциям и найти площадь плоской фигуры, ограниченной данными линиями, интегрированием по переменной .
2) Вычислить объем тела, полученного вращением плоской фигуры, ограниченной данными линиями, вокруг оси .

Это пример для самостоятельного решения. Желающие также могут найти площадь фигуры «обычным» способом, выполнив тем самым проверку пункта 1). А вот если, повторюсь, будете вращать плоскую фигуру вокруг оси , то получится совершенно другое тело вращения с другим объемом, кстати, правильный ответ (тоже для любителей порешать).

Полное же решение двух предложенных пунктов задания в конце урока.

Да, и не забывайте наклонять голову направо, чтобы разобраться в телах вращения и в пределах интегрирования!