Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Matan

.pdf
Скачиваний:
32
Добавлен:
23.02.2016
Размер:
711.57 Кб
Скачать

41

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

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]