1. بیان مسئله:
تابع مرز بالایی داده شده است و میخواهیم حجم حاصل از دوران نیمهٔ بالایی آن حول محور x را محاسبه کنیم.
$$y=\sqrt{8.58^2-\frac{(x-11.1)^2}{1.23^2}}$$
2. فرمول مورد استفاده و قوانین مهم:
برای دوران حول محور x از فرمول استفاده میکنیم.
$$V=\pi\int_a^b y^2\,dx$$
قانون مهم: چون $y\ge 0$ نیمهٔ بالایی بیضی است، میتوانیم $y^2$ را مستقیم در انتگرال قرار دهیم.
3. تعیین بازهٔ انتگرال (دامنهٔ تعریف تابع):
زیر رادیکال باید غیرمنفی باشد، یعنی $\frac{(x-11.1)^2}{1.23^2}\le 8.58^2$.
بنابراین نیم محور افقی بیضی برابر است با
$a=1.23\times 8.58=10.5534$.
پس حدود انتگرال عبارتند از
$x_1=11.1-10.5534=0.5466$ و $x_2=11.1+10.5534=21.6534$.
4. نوشتن انتگرال و سادهسازی integrand:
چون $y^2=8.58^2-\dfrac{(x-11.1)^2}{1.23^2}$، انتگرال به صورت زیر میشود.
$$V=\pi\int_{0.5466}^{21.6534}\left(8.58^2-\frac{(x-11.1)^2}{1.23^2}\right)dx$$
5. استفاده از تقارن برای محاسبهٔ انتگرال:
با جایگذاری $u=x-11.1$ و خواص تقارن، حدود به $-a$ تا $a$ تبدیل میشوند و داریم:
$$V=\pi\int_{-a}^{a}\left(8.58^2-\frac{u^2}{1.23^2}\right)du$$
که با استفاده از خطی بودن انتگرال و محاسبهٔ صریح به شکل زیر میرسیم.
$$V=2\pi\left(8.58^2\,a-\frac{1}{1.23^2}\cdot\frac{a^3}{3}\right)$$
6. محاسبات عددی گامبهگام (همهٔ کارهای میانی):
ابتدا مقادیر میانی را محاسبه میکنیم.
$8.58^2=73.6164$.
$a=10.5534$ و $a^3\approx 1175.37702641$.
بنابراین $\dfrac{a^3}{3}\approx 391.79234214$.
همچنین $1.23^2=1.5129$ و $\dfrac{1}{1.23^2}\approx 0.660981717$.
اکنون جملات داخل پرانتز را محاسبه میکنیم:
$8.58^2\,a=73.6164\times 10.5534\approx 776.90331576$.
$\dfrac{1}{1.23^2}\cdot\dfrac{a^3}{3}\approx 0.660981717\times 391.79234214\approx 258.9675788$.
تفاضل داخل پرانتز: $776.90331576-258.9675788\approx 517.93573696$.
ضرب در 2 و سپس در $\pi$ میدهد:
$V=2\pi\times 517.93573696\approx 1035.87147392\pi\approx 3254.247676$.
7. جواب نهایی:
مقدار حجم با تقریب عددی برابر است با
$$V\approx 3254.25$$
(واحد مکعب).
حجم چرخش 5Aacaa
Step-by-step solutions with LaTeX - clean, fast, and student-friendly.