微積分下的空心圓環截面形成的體積計算原理

2020-12-04 電子通信和數學

前一篇《微積分下的不規則圖形的體積計算原理》中討論了如何計算不規圖形的體積,這個體積完全是一個實體,因為它是單一函數圍繞x軸旋轉而得到的實體,本篇就來討論兩個函數之間的區域圍繞一個軸旋轉時,將給我們展示一種是空心但不是圓形的橫截面,或者稱之為墊圈的東西形成的體積

墊圈就像一個環,它有兩個半徑,一個來在旋轉軸到實體開始的地方,我們稱之為內半徑,一個來自旋轉軸到實心結束的地方,我們稱之為外半徑。

就像上一個例子中的圓圈一樣,它的半徑隨著x軸的移動而變化,這個墊圈也會隨著在x軸的不同位置而變化,它的內部也是如此,外半徑根據這兩個函數而變化

讓我們把函數y=x^2,y=x,這裡有一個封閉的區域,我們已經學會了如何通過積分計算這個區域面積。

但現在讓我們來旋轉它,圍繞x軸旋轉,此時它的內部半徑等於x^2,外半徑等於x

那麼實體橫截面的墊圈區域面積等於Πx^2-Π(x^2)^2,即較大圓面積減去較小圓面積

現在我們需要整合疊加確切的墊圈區域面積

所以經過簡單的積分計算就得到兩個函數之間的區域圍繞一個軸旋轉時形成的體積

關於這種技術的有趣之處在於我們可以圍繞相同的區域旋轉,一個不同的軸,並獲得不同的形狀,如果我們圍繞y等於2旋轉,我們就會得到這個,並且半徑將是完全不同的

或者我們可以圍繞y軸旋轉它,這就意味這我們需要用不同的函數關係來表示,這裡的旋轉半徑是和y有關,而不是x,根據相關變量找到這些距離,然後我們進行整合疊加。

因此正如我們看到的那樣,通過整合疊加計算旋轉固體的體積,只涉及我們已經學過的簡單積分,但是我們必須使用靈活的批判思維,看到一個形狀並找出該區域的公式,任何橫截面,它可能不總是那麼的顯而易見,需要你靈活的思維方式,一旦我們得到橫截面積公式,我們就將它們整合起來。

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