6.5-bo'lim : Ko'proq ovoz balandligi muammolari
3. Bazasi \(x = 2 - {y^2}\) va \(x = {y^2} - 2\) bilan chegaralangan mintaqa bo‘lgan va ko‘ndalang kesimlari asosi \(y\) o‘qiga perpendikulyar bo‘lgan teng yonli uchburchaklar, asosi va uzunligi teng bo‘lgan ikki tomoni orasidagi burchak \(\frac{\pi }{4}\) bo‘lgan qattiq jismning hajmini toping. Ko'ndalang kesimlarning eskizini ko'rish uchun quyidagi rasmga qarang.

Yechim
Bu erda uch xil burchakdagi qattiq jismning bir nechta eskizlari. Malumot uchun musbat \(x\) o'qi va musbat \(y\) o'qi ko'rsatilgan.

Kesma \(y\) o'qiga perpendikulyar bo'lgani uchun, biz kesmani \(y\) o'qi bo'ylab harakatlantirganda, biz uning maydonini o'zgartiramiz va shuning uchun kesma maydoni \(y\) funktsiyasi bo'ladi, i.e. \(A\left( y \right)\).
2-qadam
Yuqoridagi eskizlar qattiq jismning qanday ko'rinishini his qilish uchun yoqimli bo'lsa-da, bizga kerak bo'lgan narsa shunchaki kesmaning eskizidir. Shunday qilib, bu erda tasavvurlar maydonining bir nechta eskizlari.

Yuqoridagi eskiz haqiqatdan ham muammo bayonida keltirilgan grafik bo'lib, u pastdagi eskiz bilan mos yozuvlar uchun kiritilgan. Pastki qismdagi eskiz to'g'ridan-to'g'ri yuqoridan kesmaga qaraydi va qizil chiziq bilan ko'rsatilgan.
Keling, faqat kesmaning qisqacha eskizini olamiz va \(b\) uchburchak asosining uzunligini va \(h\) uchburchakning balandligini chaqiramiz.

Endi, pastki qismida biz \(y\) o'qining kesmada joylashgan joyini qora nuqta bilan belgiladik va to'q sariq va yashil nuqtalar qattiq jismning pastki qismining chap va o'ng tomonlarini belgilaydigan chap va o'ng egri chiziqlarni ifodalaydi. Bundan tashqari, ko'rishimiz mumkinki, kesma qandaydir \(y\) da joylashgan bo'lsa, yashil nuqta \(y\) o'qidan \(2 - {y^2}\) masofasida bo'lishi kerak. Xuddi shunday, to'q sariq nuqta \(y\) o'qidan \( - \left( {{y^2} - 2} \right) = 2 - {y^2}\) masofasida bo'lishi kerak (esda tuting, biz bu erda masofa ijobiy bo'lishini xohlaymiz va shuning uchun ijobiy masofani olish uchun funktsiyaga minus belgisini qo'shamiz).
Endi biz uchburchakning asosi bilan berilganligini ko'rishimiz mumkin:
\[\frac{b}{2} = 2 - {y^2}\hspace{0.5in} \Rightarrow \hspace{0.5in}b = 2\left( {2 - {y^2}} \right)\]Xuddi shunday, balandlikni asosiy to'g'ri burchakli trigdan topish mumkin.
\[\tan \left( {\frac{\pi }{4}} \right) = \frac{h}{{{}^{b}/{}_{2}}}\hspace{0.5in} \Rightarrow \hspace{0.5in}h = \frac{b}{2}\tan \left( {\frac{\pi }{4}} \right) = 2 - {y^2}\]Shunday qilib, \(y\) bo'yicha kesmaning maydoni formulasi quyidagicha bo'ladi:
\[A\left( y \right) = \frac{1}{2}bh = {\left( {2 - {y^2}} \right)^2} = 4 - 4{y^2} + {y^4}\]3-qadam
Nihoyat, bizga hajmning o'zi kerak. Quyidagi integralni baholash orqali hajm topilishini bilamiz.
\[V = \int_{c}^{d}{{A\left( y \right)\,dy}}\]\(x = 0\) ni qattiq jismning asosining chap va o‘ng tomonlarini aniqlovchi tenglamalardan biriga qo‘yish orqali (ular \(y\) o‘qida kesishganligi sababli) biz “birinchi” kesma \(y = - \sqrt 2 \) da, “oxirgi” kesma esa \(y = \sqrt 2 \) chegarasida paydo bo‘lishini ko‘rishimiz mumkin.
Keyin hajm,
\[V = \int_{{ - \sqrt 2 }}^{{\sqrt 2 }}{{4 - 4{y^2} + {y^4}\,dy}} = \left. {\left( {4y - \frac{4}{3}{y^3} + \frac{1}{5}{y^5}} \right)} \right|_{ - \sqrt 2 }^{\sqrt 2 } = \require{bbox} \bbox[2pt,border:1px solid black]{{\frac{{64\sqrt 2 }}{{15}}}}\]