Matan
.pdf41
45.Знайти площу фiгури, яка обмежена кривою ' = 4r r3 та променем ' = 0.
46.Знайти площу фiгури, яка обмежена кривою ' = sin( r), 0 r 1, та променем ' = 0.
Переходячи до полярних координат, знайти площi фiгур,
обмежених лiнiями: |
|
||
47. |
(x2 + y2)2 = 2a2xy (лемнiската) |
(a > 0); |
|
48. |
x3 + y3 |
= 3axy (лист Декарта) |
(a > 0); |
49. |
x4 + y4 |
= a2(x2 + y2) (a > 0). |
|
Знайти площi фiгур, обмежених кривими, що заданi парамет-
ричними рiвняннями: |
t3; |
||
50. |
x = 2t t2, y = 2t2 |
||
51. |
x = 3t2, |
y = 3t t3 |
; |
52. |
x = t2 1, |
y = t3 t; |
|
53. |
x = a(2 cos t cos 2t), y = a(2 sin t sin 2t) (a > 0); |
54.x = ca2 cos3 t, y = cb2 sin3 t (еволюта елiпса) (c2 = a2 b2, a; b; c > 0);
55. x = a cos t, y = a sin2 t
2+sin t
56.Знайти площу фiгури, x = a (t sin t), y
прямою y = 0 (a > 0).
(a > 0).
яка обмежена аркою циклоїди
= a (1 cos t), 0 t 2 , та
57. Знайти площу |
фiгури, яка обмежена розгорткою круга |
|
x = a (cos t |
+ t sin t), y = |
a (sin t t cos t), |
0 t 2 , та променем x = a, y 0 |
(a > 0). |
Записавши рiвняння кривих у параметричному виглядi, обчислити площi фiгур, обмежених кривими:
58. |
2 |
2 |
2 |
(астроїда); |
x3 |
+ y 3 |
= a3 |
||
59. |
x4 + y4 = a x2 y |
(a > 0). |
42
5.5. Обчислення довжин дуг кривих.
Теорема 5.15. Нехай лiнiя L на площинi з прямокутною декартовою системою координат задана явним рiвнянням y = f(x), x 2 [a; b], причому функцiя f неперервно диференцiйовна на вiдрiзку [a; b]. Тодi довжина `(L) цiєї лiнiї обчисляється за формулою
b
Z
p
`(L) = 1 + [f0(x)]2 dx:
a
Теорема 5.16. Нехай лiнiя L на площинi з прямокутною декартовою системою координат задається параметричним рiвнянням
x = '(t);
y = (t); t 2 [ ; ];
де ' i – неперервно диференцiйовнi на [ ; ] функцiї. Тодi довжина `(L) цiєї лiнiї обчисляється за формулою
Z
p
`(L) = ['0(t)]2 + [ 0(t)]2 dt:
Теорема 5.17. Нехай лiнiя L на площинi з полярною системою координат задана рiвнянням r = r('), ' 2 [ ; ], причому функцiя r(') неперервно диференцiйовна на вiдрiзку [ ; ]. Тодi довжина `(L) цiєї лiнiї обчисляється за формулою
Z
p
`(L) = [r(')]2 + [r0(')]2 d':
Знайти довжини дуг кривих, заданих у прямокутних декартових координатах:
3 |
2. x2 = y3, 0 y 1; |
1. y = x2 , 0 x 4; |
|
3. 4y = x2, 1 x 1; |
4. y2 = 2x, 0 x 2; |
5. y = ch x, 0 x ln 3; |
6. y = ex, ln 3 2x ln 8; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
43 |
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
8. y = ln(1 x2), |
|
0 x 21 ; |
|
|||||||||||
7. y = ln x, |
|
|
3 x |
|
8; |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
9. |
x = |
y2 2 ln y |
, |
1 |
|
y |
|
e |
; |
10. |
y = 2 ln |
|
4 |
, |
0 |
|
x |
|
1 |
; |
||||||||||||
4 |
|
|
x2 |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
11. y = ln(cos x), |
|
0 x 3 ; |
|
12. |
y = ln(sin x), |
6 x 56 ; |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
13. y = |
x x |
|
|
|
|
|
x; |
|
|
14. |
|
|
|
|
|
; |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
+ arcsin |
|
|
|
(y arcsin x) |
= 1 x |
|
|
|||||||||||||||||||||
15. y = |
ex + 1 |
, 0 < a x |
b; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
ex 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
p |
|
, 1 y 2. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
16. x = 2 ln |
2 + py4 y2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
4 y2 |
|
|
|
|
|
|
|
17.Обчислити довжину тiєї частини напiвкубiчної параболи 3y3 = 2(x 1)2, яка вiдтинається параболою 3y2 = x.
18.Обчислити довжину тiєї частини напiвкубiчної параболи 5y3 = x2, яка лежить усерединi кола x2 + y2 = 6.
Знайти довжини дуг кривих, заданих параметричними рiв-
няннями: |
|
|
|
|
|
19. |
x = a cos t, |
y = a sin t, |
0 t 2 |
(коло) (a > 0); |
|
20. |
x = a cos2 t, |
y = b sin2 t, |
0 t 2 |
(a; b > 0); |
|
21. |
x = a cos3 t, |
y = a sin3 t, |
0 t 2 |
(астроїда) (a > 0); |
|
22. |
x = a cos4 t, |
y = a sin4 t, |
0 t |
(a > 0); |
|
23. |
x = a cos5 t, |
y = a sin5 t, |
0 t 2 |
(a > 0); |
|
24. |
x = a(t sin t), y = a(1 cos t), 0 t 2 (a > 0); |
||||
25. |
x = a(cos t+t sin t), y = a(sin t t cos t), 0 t 2 (a > 0); |
||||
26. |
x = (t2 2) sin t + 2t cos t, y |
= (2 t2) cos t + 2t sin t, |
|||
|
0 t ; |
|
|
|
|
27. |
x = a(sh t t), y = a(ch t 1), |
0 t 1 (a > 0); |
|||
28. |
x = 59 cos3 t, |
y = 49 sin3 t, |
0 t 2 . |
44
29. |
Знайти довжину дуги трактриси x = a (cos t + ln tg |
t |
), |
||||||||||
2 |
|||||||||||||
|
|
|
a(ln 3 |
|
1) |
|
p |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
y = a sin t вiд точки (0; a) до точки |
|
2 |
|
|
; a |
2 |
3 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
(a > 0). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
30. |
Знайти довжину петлi лiнiї x = t2, y = t |
t3 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Знайти довжини дуг кривих, заданих у полярних координатах:
31. r = a ', |
0 ' 2 |
(спiраль Архiмеда) |
(a > 0); |
||||||||||||
32. |
r = a e', |
0 < r < a |
(a > 0); |
|
|
|
|
|
|
||||||
33. |
r = a (1 + cos ') (a > 0); |
34. r = a (1 cos ') (a > 0); |
|||||||||||||
35. |
r = a cos3 ' (a > 0); |
|
36. |
r = a sin3 ' |
(a > 0); |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
3 |
|
|
|
||
37. |
r = |
1 |
, 43 ' 34 |
|
38. |
r = th '2 , 0 ' 2 ; |
|||||||||
' |
|
||||||||||||||
39. |
' = 2 |
r + r , 1 r 3; |
40. |
' = pr, 0 r p5; |
|||||||||||
|
1 |
p |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
41. r = |
|
|
|
|
, j'j 2 |
(p > 0). |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
||||||||||||
1 + cos ' |
|
|
|
5.6. Обчислення об’ємiв тiл.
Теорема 5.18. Нехай проекцiєю тiла T на вiсь Ox є вiдрiзок [a; b] i для кожного x0 2 [a; b] площа перерiзу тiла T площиною x = x0 дорiвнює S(x0). Якщо функцiя S(x) неперервна на [a; b], то об’єм V (T ) тiла T обчисляється за формулою
b
Z
V (T ) = S(x) dx:
a
Теорема 5.19. Нехай тiло T обмежене площинами x = a та x = b i поверхнею, яка утворена обертанням навколо осi Ox графiка неперервної на вiдрiзку [a; b] функцiї y = f(x). Тодi
45
об’єм V (T ) тiла обертання T обчисляється за формулою
V (T ) = Z |
b |
f2(x) dx: |
|
a |
|
1.Знайти об’єм тiла, обмеженого поверхнею, яка утворюється обертанням навколо осi Ox параболи y2 = 4x, i площиною x = 1.
2.Фiгура, обмежена дугами парабол y = x2 i x = y2, обертається навколо осi Oy. Обчислити об’єм тiла обертання, яке отримується при цьому.
3.Знайти об’єм тiла (”лимона” Кавальєрi), обмеженого поверхнею, яка утворюється обертанням навколо осi Ox лi-
нiї a2 y = h (a2 4) x2, a2 x a2
(a; h > 0).
4.Знайти об’єм тiла, обмеженого поверхнею, яка утворюється обертанням навколо осi Ox лiнiї (x 4)y2 = x(x 3),
0 x 3.
5.Знайти об’єм тiла, отриманого обертанням навколо осi Ox криволiнiйної трапецiї, яка обмежена лiнiєю y = xex i прямими x = 1 та y = 0.
6.Знайти об’єм тiла, отриманого обертанням навколо осi Ox криволiнiйної трапецiї, яка обмежена лiнiєю y = arcsin x i прямими x = 1 та y = 0.
7.Знайти об’єм тiла, отриманого обертанням фiгури, яка
обмежена прямою y = 0 i графiком функцiї y = sin x,
0 x :
а) навколо осi Ox; б) навколо осi Oy.
8.Знайти об’єм тiла, отриманого обертанням криволiнiйної трапецiї, яка обмежена прямою y = 0 i графiком функцiї y = 2x x2, 0 x 2:
а) навколо осi Ox; |
б) навколо осi Oy. |
46
9. |
Знайти об’єм тiла, отриманого обертанням фiгури, яка |
|
|
обмежена лiнiями a2y = bx2 i ay = bx (a; b > 0): |
|
|
а) навколо осi Ox; |
б) навколо осi Oy. |
10. |
Знайти об’єм тiла, отриманого обертанням криволiнiйної |
|
|
трапецiї, яка обмежена прямою y = 0 i аркою циклоїди |
|
|
x = a(t sin t), y = a(1 cos t), 0 t 2 (a > 0): |
|
|
а) навколо осi Ox; |
б) навколо осi Oy; |
|
в) навколо прямої y = 2a; |
г) навколо прямої x = a . |
11.Знайти об’єм тiла, обмеженого поверхнею, яка утворюється обертанням лiнiї x = a sin3 t, y = b cos3 t, 0 t 2
(a; b > 0):
а) навколо осi Ox; |
б) навколо осi Oy. |
12.Знайти об’єм тiла, обмеженого поверхнею, яка утворюється обертанням петлi лiнiї x = 2t t2, y = 4t t3:
а) навколо осi Ox; |
б) навколо осi Oy. |
13.Довести, що об’єм тiла, утвореного обертанням навколо полярної осi криволiнiйного сектора, обмеженого променями ' = i ' = (0 < ) та лiнiєю r = r(') (r(') – невiд’ємна i неперервно диференцiйовна на [ ; ]
функцiя), обчисляється за формулою
V (T ) = |
23 |
|
r3(') sin ' d': |
|
Z |
||||
|
|
|
|
|
14. |
Знайти об’єм тiла, обмеженого поверхнею, яка утворюєть- |
|
ся обертанням кардiоїди r = a (1 + cos ') (a > 0): |
|
а) навколо полярної осi; б) навколо прямої r cos ' = a4 . |
15. |
Знайти об’єм тiла, обмеженого поверхнею, яка утворюєть- |
ся обертанням лiнiї (x2 + y2)2 = a2(x2 y2) (a > 0):
а) навколо осi Ox; |
б) навколо осi Oy; |
в) навколо прямої y = x. |
|
47
16.Знайти об’єм тiла, обмеженого поверхнею, яка утворюється обертанням навколо полярної осi частини спiралi
|
Архiмеда r = a ', 0 ' (a > 0). |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
17. |
Знайти об’єм тiла, обмеженого поверхнею, яка утворюєть- |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
ся обертанням навколо полярної осi фiгури, що обмежена |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
лiнiями ' = та ' = r3, 0 r 1. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
18. |
Знайти об’єм тiла, обмеженого поверхнею, яка утворюєть- |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
ся обертанням навколо полярної осi фiгури, що обмежена |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
частинами лiнiй r = a та r = ap |
|
|
, якi лежать у |
|||||||||||||||||||||||||||
|
2 sin 2' |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
першiй чвертi. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
|
y2 |
|
z2 |
|
|||
19. |
Знайти об’єм тiла, обмеженого елiпсоїдом |
|
+ |
|
+ |
|
= 1 |
||||||||||||||||||||||||
a2 |
b2 |
c2 |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
(a; b; c > 0). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
20. |
Знайти об’єм тiла, обмеженого цилiндричною поверхнею |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
x2 |
+ |
y2 |
|
= 1 i площинами z = 0 та z = x + a (a; b > 0). |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
a2 |
|
b2 |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
21. |
Знайти об’єм тiла, обмеженого елiптичним параболоїдом |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
|
y2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
z |
= |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
i площиною z = 1. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
22. |
Знайти об’єм тiла, обмеженого елiптичним параболоїдом |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
z |
= 2 x2 |
|
|
|
|
|
i площиною z = 0. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
4 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
23. |
Знайти об’єм тiла, обмеженого однопорожнинним гiпер- |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
болоїдом |
|
x2 |
|
+ |
|
|
y2 |
|
z2 = 1 i площинами z = |
1 та |
||||||||||||||||||||
|
4 |
|
|
9 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
z |
= 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
24. |
Знайти об’єм тiла, обмеженого однопорожнинним гiпер- |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
|
y2 |
|
|
|
z2 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
болоїдом |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
= 1 i площинами z = c та |
||||||||||||||||||
|
|
a2 |
|
|
b2 |
c2 |
|||||||||||||||||||||||||
|
z = c (a; b; c > 0). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
25. |
Знайти |
об’єм |
тiла, |
обмеженого конiчною |
поверхнею |
||||||||||||||||||||||||||
|
(z |
2)2 |
= |
|
x2 |
+ |
|
y2 |
i площиною z = 0. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
3 |
2 |
|
|
|
|
|
48
26. |
Знайти |
об’єм тiла, обмеженого |
конiчною поверхнею |
|||||||||||||||||||||||
|
4 z2 = x2 + 2y2 i площиною z = 1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
27. |
Знайти об’єм тiла, обмеженого елiптичним параболоїдом |
|||||||||||||||||||||||||
|
2z = |
4 |
+ |
|
9 i конусом z = |
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
4 |
|
+ |
|
9 . |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
x2 |
|
|
|
y2 |
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
|
y2 |
|
|
|
|
|
|
||||
28. |
Знайти об’єми тiл, обмежених елiптичним параболоїдом |
|||||||||||||||||||||||||
|
z = x2 |
+ 2y2 i елiпсоїдом x2 |
+ 2y2 |
|
+ z2 = 6. |
|
||||||||||||||||||||
29. |
Знайти об’єми тiл, обмежених двопорожнинним гiпербо- |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
x2 |
y2 |
z2 |
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
y2 |
z2 |
|
||||||||||
|
лоїдом |
|
|
|
|
|
|
= 1 i елiпсоїдом |
|
|
+ |
|
|
|
|
+ |
|
= 1. |
||||||||
|
|
3 |
4 |
9 |
6 |
|
|
|
4 |
9 |
||||||||||||||||
30. |
Знайти об’єм тiла, обмеженого двома цилiндричними по- |
|||||||||||||||||||||||||
|
верхнями x2 |
+ z2 |
= a2 i y2 |
+ z2 = a2 (a > 0). |
|
|||||||||||||||||||||
31. |
Знайти об’єм частини кулi x |
2 |
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
2 |
, яка |
|||||||||||||
|
+ y |
|
|
+ z2 |
|
|
2 a |
|||||||||||||||||||
|
лежить усерединi цилiндричної поверхнi x |
|
+ y |
|
= ax |
|||||||||||||||||||||
|
(a > 0). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
32. |
Знайти об’єм тiла, обмеженого елiптичним параболоїдом |
|||||||||||||||||||||||||
|
z = x2 |
+ y2 i площиною 2x |
+ 2y + z |
= 2. |
|
|
|
5.7. Обчислення площ поверхонь обертання.
Теорема 5.20. Нехай поверхня P утворена обертанням навколо осi Ox графiка неперервно диференцiйовної на вiдрiзку [a; b] функцiї y = f(x). Тодi площа S(P ) поверхнi обертання P обчисляється за формулою
b
Z
p
S(P ) = 2 jf(x)j 1 + [f0(x)]2 dx:
a
Теорема 5.21. Нехай лiнiя L на площинi з прямокутною декартовою системою координат задається параметричним рiвнянням
x = '(t);
y = (t); t 2 [ ; ];
49
де ' i – неперервно диференцiйовнi на [ ; ] функцiї, а поверхня P утворена обертанням лiнiї L навколо осi Ox. Тодi площа S(P ) поверхнi обертання P обчисляється за формулою
Z
p
S(P ) = 2 j (t)j ['0(t)]2 + [ 0(t)]2 dt:
Теорема 5.22. Нехай лiнiя L на площинi з полярною системою координат задана рiвнянням r = r('), ' 2 [ ; ], причому функцiя r(') неперервно диференцiйовна на вiдрiзку [ ; ], а поверхня P утворена обертанням лiнiї L навколо полярної осi. Тодi площа S(P ) поверхнi обертання P обчисляється за формулою
Z
p
S(P ) = 2 r(')j sin 'j [r(')]2 + [r0(')]2 d':
Знайти площi поверхонь, утворених обертанням навколо осi Ox таких кривих:
1. y2 = 4ax, 0 x 3a (a > 0); |
2. ay2 = x3, 0 x a (a > 0); |
||
3. |
3y = x3, 0 x a (a > 0); |
4. |
y = sin x, 0 x ; |
5. |
y = a cos x2b , jxj b (a; b > 0); |
6. |
y = tg x, 0 x 4 ; |
7. x2 + (y b)2 = a2 (a b > 0); |
8. y = e x, x 0. |
Знайти площi поверхонь, утворених обертанням нижченаве-
дених кривих навколо: |
а) осi Ox; |
б) осi Oy. |
||||||
9. 2py = x2, |
0 y a (a; p > 0); |
|
||||||
|
|
x2 |
|
y2 |
|
|
|
|
10. |
|
|
+ |
|
= 1 (a b > 0); |
|
||
|
a2 |
b2 |
|
|||||
11. |
y = a ch xa , |
jxj b |
(ланцюгова лiнiя) (a; b > 0). |
|||||
12. |
Знайти площу поверхнi, утвореної обертанням навколо осi |
|||||||
|
Ox петлi лiнiї 9ay2 = x(3a x)2 |
(a > 0). |
50
13.Дуга кола x2 + y2 = a2, яка лежить у першiй чвертi, обертається навколо хорди цього кола, що з’єднує точки (a; 0) i (0; a) (a > 0). Знайти площу утвореної поверхнi обертання.
14.Знайти площу поверхнi, утвореної обертанням астроїди
x = a cos3 t, y = a sin3 t (a > 0) навколо:
а) осi Ox; б) прямої y = x.
15.Знайти площу поверхнi, утвореної обертанням навколо осi абсцис дуги лiнiї x = et cos t, y = et sin t, 0 t 2 .
16.Знайти площу поверхнi, утвореної обертанням арки циклоїди x = a(t sin t), y = a(1 cos t), 0 t 2 , навколо:
а) осi Ox; б) прямої x = a ;
в) осi Oy; |
г) прямої y = 2a (a > 0). |
17.Знайти площу поверхнi, утвореної обертанням навколо осi
абсцис трактриси x = a(cos t+ln tg 2t ), y = a sin t, 0 < t < (a > 0).
18.Знайти площу поверхнi, утвореної обертанням навколо
|
полярної осi кардiоїди r = a(1 + cos ') |
(a > 0). |
||
19. |
Знайти площу поверхнi, утвореної обертанням навколо |
|||
|
полярної осi кола r = 2a sin ' (a > 0). |
|
||
20. |
Знайти площу поверхнi, утвореної обертанням лемнiскати |
|||
|
r = ap |
|
(a > 0) навколо: |
|
|
cos 2' |
|
||
|
а) полярної осi; б) променя ' = ; |
в) променя ' = . |
||
|
2 |
4 |